Diseño de Circuitos Integrados

Diseño de Circuitos Integrados
(ASIC, Full Custom)
System On Chip: Integración de bloques digitales y analógicos en el mismo chip
• Miniaturización
• Reducción del coste total
• Reducción del consumo
• Mejora de la fiabilidad
Diseño de Circuitos Integrados
Bloques digitales (99 % de los transistores del chip)
• Construidos mediante bibliotecas de celdas estándar
• Layout poco crítico
• Realizados a partir de descripciones de alto nivel (Verilog, VHDL) mediante herramientas de
rutado automático (Silicon Encounter)
Bloques Analógicos (90 % del tiempo empleado en el diseño)
• Necesitan de diseño y optimización a nivel de esquemáticos (No hay celdas estándar)
• No hay herramientas para la automatización del diseño
• Precisan de simulación detallada (Spice/Spectre)
• El layout de los circuitos suele ser crítico (mismatch, parásitos)
• Deben poder construirse con los dispositivos de las tecnologías digitales (MOSFET)
OBJETIVOS
Conocer los bloques analógicos básicos de las tecnologías CMOS
Conocer la metodología a seguir para el diseño de dichos bloques
Conocer las herramientas informáticas utilizadas en el diseño
Conocer la implementación circuital de la lógica digital requerida en los bloques.
Ser capaz de realizar un diseño óptimo de un bloque funcional partiendo de un conjunto de
especificaciones.
Estrategia de diseño TOP-DOWN
División del sistema en bloques más simples. Diseño jerárquico
• (divide y vencerás)
Niveles de diseño diferenciados:
Nivel
Sistema
Esquemático
Layout
Componentes del diseño
Cajas negras
Dispositivos electrónicos
Elementos geométricos
Nivel de SISTEMA: Diagrama de bloques
PGA
ADC
Ant
LNA
PLL
DSP
90º
PGA
ADC
Nivel de ESQUEMÁTICO: Interconexión de dispositivos
Nivel de LAYOUT: Máscaras para la fabricación del chip
parámetros de los
bloques funcionales
no
Diseño de los
circuitos de los
bloques funcionales
Nivel de LAYOUT
Dibujo del layout
Rediseño
Rediseño
Rediseño
Obtención de
Nivel de ESQUEMATICO
Rediseño
Rediseño
Nivel de SISTEMA
de los bloques
funcionales
SIMULACION
(SPICE)
¿Parámetros
razonables?
EXTRACCION
si
SIMULACION
(nivel de sistema)
no
¿Cumple
especificaciones?
Mal
LVS
si
no
¿Cumple
especificaciones?
si
si
Bien
SIMULACION
(SPICE)
¿imposible o
muy costoso?
no
no
¿Cumple
especificaciones?
si
Flujo de Diseño TOP−DOWN
FIN
Diseño JERARQUICO
A un esquemático se le puede asociar un símbolo (caja negra)
Ese símbolo puede formar parte de otros esquematicos
Así, los esquematicos de sistemas complejos contienen símbolos de sus bloques funcionales,
que a su vez contienen símbolos de unidades más simples, hasta llegar a esquemas con sólo
los dispositivos básicos (celdas primitivas).
Bloques funcionales analógicos
(Nivel de jerarquía bajo)
Amplificadores
Filtros activos
Polarización
Conmutación
(circuitos de capacidades conmutadas: SC)
Radiofrecuencia
Amplificadores operacionales
Transconductores
Comparadores
Integradores
Biquad
Referencias Band-Gap
Amplificadores Sample & Hold
Filtros SC
Amplificadores de antena
Osciladores
Multiplicadores (mixers)
Bloques funcionales analógicos
(Nivel de jerarquía alto)
Convertidores D/A
Convertidores A/D
PLL
DAC R-2R
DAC Σ∆
ADC de aproximaciones sucesivas
ADC pipeline
ADC Σ∆
Lógica digital
Los circuitos analógicos también suelen necesitar de lógica digital
Decodificadores
Conversores de código
Sumadores
Registros
Bloques reconfigurables
Tuning digital
Conversión A/D y D/A
Retardos
Ciertos circuitos digitales también pueden tener funciones analógicas
puerta NOT
puerta XOR
Flip-Flop
Contador
Amplificador
Comparador de fase (PLL)
Divisor de frecuencia