进入21世纪以来，MOS集成电路更是进入纳米级电路时代。伴随着CMOS集成电路工艺的不断成熟和进步，CMOS集成电路设计方法也发生着巨大的转变，从最初的手工设计已经发展到目前的电子设计自动化设计。本章主要介绍CMOS模拟、数字集成电路EDA技术的基本概况和主流工具，为之后的进阶学习奠定理论基础。......
2023-06-26
概述CMOS集成电路EDA技术
【摘要】：迄今为止，用于集成电路设计的EDA工具从诞生到现在，经历了3个主要的发展阶段。CMOS集成电路EDA技术的核心是利用计算机实现CMOS集成电路设计的自动化，因此，基于计算机环境下的EDA工具软件的支持是必不可少的。CMOS集成电路EDA软件经历了20年的发展，目前广泛应用的主要有Cadence、Mentor、SYNOPSYS三家公司的EDA软件。总之，CMOS集成电路EDA技术为现代集成电路理论和设计的表达与应用提供了可行性，它已不是某一学科的分支，而是一门综合性学科。
微电子集成电路产业是一个集工艺制造、电路/系统设计、市场营销、消费应用为一体的复杂系统工程。其中，电路/系统设计是连接集成电路工艺制造和市场、应用的桥梁，是集成电路芯片产品开发的决定性一步。一款成功的集成电路芯片源于无数工程师成功的设计，而成功的设计在很大程度上又取决于有效、成熟的集成电路EDA设计工具。
集成电路EDA设计工具主要是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子辅助软件包。该软件包可以使设计者在虚拟的计算机环境中进行早期的设计验证，有效缩短了电路实体迭代验证的时间、提高了集成电路芯片设计的成功率。迄今为止，用于集成电路设计的EDA工具从诞生到现在，经历了3个主要的发展阶段。
第一阶段：在20世纪70年代的集成电路产业发展初期，人们开始使用计算机辅助进行集成电路版图编辑，取代了以往的手工设计操作，产生了计算机辅助设计的概念。该阶段称为CAD（Computer Aided Design）阶段。
第二阶段：20世纪80年代初，除了版图编辑和验证功能，出现了以Mentor、Daisy、Valid为代表的CAE（Computer Aided Engineering）系统，为工程师提供了较为便捷的电路原理图输入、功能模拟、分析验证功能，标志着集成电路EDA工具发展进入正轨，成为集成电路产业链中重要的一环。因此该阶段称为CAE阶段。
第三阶段：20世纪90年代进入ESDA（Electronic System Design Automation）阶段，尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但并没有把工程师从繁重的设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各种EDA工具界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足，人们开始追求能够贯彻整个设计过程的自动化，这就是ESDA，即电子系统设计自动化，其中的代表是Cadence、SYNOPSYS和Avanti等公司推出的EDA工具。
进入21世纪以来，第四代EAD工具正沿着ESDA的途径继续演进。由于集成电路的工艺水平已经进入深亚微米（＜20nm），短沟道效应、连线延迟成为制约集成电路发展的重要瓶颈，因此必须大幅度提高EDA工具的设计能力，才能适应集成电路工艺的快速发展。
利用EDA技术进行集成电路设计主要具有以下几方面特点：
1）采用计算机软件平台完成虚拟的电路、系统设计。
2）用软件方式设计的电路、系统到硬件电路、系统的转换是由相应开发软件来自动完成的。
3）设计过程可使用EDA软件对电路、系统进行功能及性能仿真，即虚拟测试，提前修改电路、系统中的错误和不足，优化电路。EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生前，就可以全面地了解电路、系统的功能特性和物理特性，从而将开发风险消灭在设计阶段，缩短了开发时间，降低了开发成本。
4）采用EDA技术的设计方法，可将一个庞大的系统设计在一块芯片上完成，即通称的SoC（System on Chip），使系统具有体积小、集成度高的优势。
作为EDA技术主要的一个分支，CMOS集成电路EDA技术在硬件方面融合了大规模集成电路制造技术、模拟/数字集成电路、版图设计技术、专用集成电路测试和封装技术等；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）技术及多种计算机语言的设计概念；而在现代电子学方面则容纳模拟/数字集成电路设计理论、数字信号处理技术、系统建模和优化技术等。
CMOS集成电路EDA技术的核心是利用计算机实现CMOS集成电路设计的自动化，因此，基于计算机环境下的EDA工具软件的支持是必不可少的。CMOS集成电路EDA软件经历了20年的发展，目前广泛应用的主要有Cadence、Mentor、SYNOPSYS三家公司的EDA软件。这些软件功能很强，可以进行电路设计与仿真，输出多种网表文件（Netlist），与其他厂商的软件共享数据等。
总之，CMOS集成电路EDA技术为现代集成电路理论和设计的表达与应用提供了可行性，它已不是某一学科的分支，而是一门综合性学科。它打破了计算机软件与硬件间的壁垒，使计算机的软件技术与硬件实现、设计效率和产品性能合二为一，代表了集成电路设计技术和应用技术的发展方向。
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