數(shù)字IC設(shè)計(jì)工程師要具備哪些技能

學(xué)習(xí)“數(shù)字集成電路基礎(chǔ)”是一切的開(kāi)始，可以說(shuō)是進(jìn)入數(shù)字集成電路門(mén)檻的步。CMOS制造工藝是我們了解芯片的節(jié)課，從生產(chǎn)過(guò)程（宏觀）學(xué)習(xí)芯片是怎么來(lái)的，這一步，可以激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

接下來(lái)，從微觀角度來(lái)學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件物理，了解二極管的工作原理。進(jìn)而學(xué)習(xí)場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理，這將是我們搭電路的積木。

導(dǎo)線(xiàn)是什么？這是一個(gè)有趣的話(huà)題，電阻、電容、電感的相互作用，產(chǎn)生和干擾，也是數(shù)字電路要解決的重要問(wèn)題。

門(mén)電路是半定制數(shù)字集成電路的積木（Stardard Cell），所有的邏輯都將通過(guò)它們的實(shí)現(xiàn)。

存儲(chǔ)器及其控制器，本質(zhì)上屬于數(shù)?；旌想娐?。但由于計(jì)算機(jī)等復(fù)雜系統(tǒng)中存儲(chǔ)器的日新月異，存儲(chǔ)器的控制器由邏輯層（數(shù)字）和物理層（模擬）一起實(shí)現(xiàn)。

FPGA是可編程門(mén)陣列，就是提前生產(chǎn)好的ASIC芯片，可以改配置文件，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。常常用于芯片Tapeout前的功能驗(yàn)證，或者用于基于FPGA的系統(tǒng)產(chǎn)品（非ASIC實(shí)現(xiàn)方案，快速推向市場(chǎng)）。

可測(cè)試性設(shè)計(jì)（即Design For Test），通常用來(lái)檢測(cè)和調(diào)試生產(chǎn)過(guò)程中的良率問(wèn)題。封裝和測(cè)試是芯片交給客戶(hù)的后一步。似乎這些與狹義的數(shù)字電路設(shè)計(jì)不相關(guān)，但這恰恰公司降低成本的秘訣。

后，還需要了解數(shù)字電路與模擬電路的本質(zhì)區(qū)別，這將會(huì)幫助我們?nèi)趨R貫通所學(xué)的知識(shí)。

數(shù)字IC設(shè)計(jì)常用的數(shù)制換算？

1、幾種常用數(shù)制

1.1、十進(jìn)制

十進(jìn)制的每一位由0~9十個(gè)數(shù)碼表示，低位和相鄰高位之間的關(guān)系是“逢十進(jìn)一”。計(jì)數(shù)方式：0→1→。。?！?→10→11→。。。→19→20→21→。。。→29→30→31。。。

1.2、二進(jìn)制

二進(jìn)制的每一位由0、1表示，低位和相鄰高位之間的關(guān)系是“逢二進(jìn)一”。計(jì)數(shù)方式：0→1→10→11→100→101。。。

1.3、八進(jìn)制

八進(jìn)制的每一位由0~7表示，低位和相鄰高位之間的關(guān)系是“逢八進(jìn)一”。計(jì)數(shù)方式：0→1→。。。→7→10→11→。。?！?7→20→21→。。。→27→30→31→。。。

1.4、十六進(jìn)制

十六進(jìn)制的每一位由0~9、A、B、C、D、E、F十六數(shù)碼表示，低位和相鄰高位之間的關(guān)系是“逢十六進(jìn)一”。計(jì)數(shù)方式：0→1→.。。。→9→A→B→C→D→E→F→10→11→。。。1F→20→21→。。。→2F→30→31。。。

2、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

2.1、二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換

2.1.1 二-十轉(zhuǎn)換

將二進(jìn)制數(shù)的第N位數(shù)值乘以第N位的權(quán)重，其中第N位的權(quán)重為2?（注：m位二進(jìn)制數(shù)從右向左分別記為第0,1，。。。，m-1位，位是第0位，位是第m-1位），然后將相乘的結(jié)果按十進(jìn)制數(shù)相加，就可以得到等值的十進(jìn)制數(shù)。

舉個(gè)栗子：（101）?=1×22 0×21 1×2?=（5）?? ，這個(gè)二進(jìn)制數(shù)第2位是1，它的權(quán)重是22，相乘為1×22；適用于非IC卡應(yīng)用，例如門(mén)禁卡、參賽證、門(mén)票，支付類(lèi)校園一卡通，公交一卡通，企業(yè)一卡通**SM9非對(duì)稱(chēng)算法：**是基于對(duì)的標(biāo)識(shí)密碼算法，與SM2類(lèi)似。位是0，它的權(quán)重是21，相乘為0×21；第0位是1，它的權(quán)重是2?，相乘為1×2?，后將每一位的乘積按十進(jìn)制運(yùn)算相加。

數(shù)字IC測(cè)試儀的研究

隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展,集成電路的測(cè)試技術(shù)已成為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要支撐之一,也是保證集成電路性能、質(zhì)量的關(guān)鍵手段之一。溫度越高，電子流動(dòng)所產(chǎn)生的作用就越大，其徹底破壞IC內(nèi)一條通路的時(shí)間就越少，即IC的壽命也就越短，這也就是高溫會(huì)縮短IC壽命的本質(zhì)原因。目前,集成電路測(cè)試儀一般價(jià)格比較高,但在電子實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常需要測(cè)試中、小規(guī)模數(shù)字IC好壞,數(shù)字集成電路的測(cè)試又是一項(xiàng)經(jīng)常性的工作,所以,自己設(shè)計(jì)一臺(tái)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的集成電路測(cè)試儀是非常必要的。 

研究了國(guó)內(nèi)外集成電路測(cè)試技術(shù),提出了基于單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字IC測(cè)試儀的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。的重點(diǎn)是硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。主要包括：基本的RTL編程和，前端設(shè)計(jì)還可以包括IC系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證(verification)、綜合、STA、邏輯等值驗(yàn)證(equivalencecheck)。設(shè)計(jì)包括AT89C52單片機(jī)的選擇,可編程I/O接口,電源系統(tǒng)、鍵盤(pán)、復(fù)位電路,LED顯示接口CH451,計(jì)算機(jī)與單片機(jī)串行通信接口MAX232,測(cè)試插座接口,上位計(jì)算機(jī)等。硬件系統(tǒng)各功能單元電路的設(shè)計(jì)全部采用模塊化,每部分電路的選擇都經(jīng)過(guò)比較和優(yōu)化設(shè)計(jì),便于以后硬件的升級(jí)。 針對(duì)單片機(jī)電源電路帶負(fù)載能力的擴(kuò)流和測(cè)試插座接口電路的設(shè)計(jì)及數(shù)字IC測(cè)試向量編碼方法等方面進(jìn)行了改進(jìn),提高了硬件系統(tǒng)的可靠性,簡(jiǎn)化了軟件編程,并借助EDA技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

ESD保護(hù)電路的數(shù)字邏輯芯片檢測(cè)

數(shù)字電子技術(shù)是普通高校電子類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的必修課程,主要包含組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩部分內(nèi)容及其應(yīng)用。數(shù)字電子技術(shù)又是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,需要學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)來(lái)加深對(duì)數(shù)字邏輯芯片工作原理的理解。北橋芯片提供對(duì)CPU的類(lèi)型和主頻、內(nèi)存的類(lèi)型和容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯(cuò)等支持。數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)數(shù)字邏輯芯片,很多高校每年都會(huì)采購(gòu)一批數(shù)字邏輯芯片,芯片復(fù)用率很低,造成了數(shù)字邏輯芯片的嚴(yán)重浪費(fèi)。

數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)會(huì)使用到許多不同類(lèi)型的數(shù)字邏輯芯片。由于儲(chǔ)存方法不當(dāng)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不完善、學(xué)生不規(guī)范操作等原因,數(shù)字邏輯芯片經(jīng)常發(fā)生損壞。由于其故障類(lèi)型多樣、檢測(cè)過(guò)程繁瑣,因此實(shí)驗(yàn)室管理人員難以及時(shí)排查故障芯片。因?yàn)镮C是由各廠自行設(shè)計(jì)，所以IC設(shè)計(jì)十分仰賴(lài)工程師的技術(shù)，工程師的素質(zhì)影響著一間企業(yè)的價(jià)值。本文基于芯片ESD保護(hù)原理、故障字典法研究設(shè)計(jì)了一種數(shù)字邏輯芯片自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可檢測(cè)數(shù)字邏輯芯片是否有短路、斷路和邏輯功能錯(cuò)誤等故障,并可確定具體的故障引腳位置,通過(guò)LCD液晶屏或上位機(jī)將檢測(cè)結(jié)果展示給用戶(hù)。經(jīng)過(guò)實(shí)際的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析可以得出:該檢測(cè)系統(tǒng)可以較好地檢測(cè)數(shù)字邏輯芯片故障,單枚芯片檢測(cè)時(shí)間大約為3秒,且檢測(cè)準(zhǔn)確率高達(dá)99.4%、運(yùn)行功耗低至0.44W。非常適合在開(kāi)設(shè)數(shù)字電子技術(shù)課程的高校中推廣應(yīng)用,同時(shí)也可用于芯片制造公司的成品檢測(cè)。