數(shù)字IC設計工程師要具備哪些技能

學習“數(shù)字集成電路基礎(chǔ)”是一切的開始，可以說是進入數(shù)字集成電路門檻的步。CMOS制造工藝是我們了解芯片的節(jié)課，從生產(chǎn)過程（宏觀）學習芯片是怎么來的，這一步，可以激發(fā)學習的興趣，產(chǎn)生學習的動力。

接下來，從微觀角度來學習半導體器件物理，了解二極管的工作原理。進而學習場效應管的工作原理，這將是我們搭電路的積木。

導線是什么？這是一個有趣的話題，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題。

門電路是半定制數(shù)字集成電路的積木（Stardard Cell），所有的邏輯都將通過它們的實現(xiàn)。

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

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

可測試性設計（即Design For Test），通常用來檢測和調(diào)試生產(chǎn)過程中的良率問題。封裝和測試是芯片交給客戶的后一步。似乎這些與狹義的數(shù)字電路設計不相關(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，這將會幫助我們?nèi)趨R貫通所學的知識。

IC半導體的基礎(chǔ)知識(一)

一、物理基礎(chǔ)    所有物質(zhì)按照導電能力的差別可分為導體、半導體和絕緣體三類。半導體材料的導電性能介于導體和絕緣體之間?；蛘哒f，半導體是介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)。常用的半導體材料有：元素半導體硅(Si)和鍺(Ge)、化合物半導體(GaAs)等。導體的電阻率在10-4Ω?cm以下，如銅的電阻率為1.67×10-6 Ω?cm，絕緣體的電阻率在1010 Ω?cm以上，半導體的電阻率在10-3Ω?cm～109Ω?cm之間，與導體的電阻率相比較，半導體的電阻率有以下特點。在傳統(tǒng)的做法中（左上圖），接觸面只有一個平面，但是采用FinFET（Tri-Gate）這個技術(shù)后，接觸面將變成立體，可以輕易的增加接觸面積，這樣就可以在保持一樣的接觸面積下讓Source-Drain端變得更小，對縮小尺寸有相當大的幫助。

1.對溫度反映靈敏

導體的電阻率隨溫度的升高略有升高，如銅的電阻率僅增加0.4%左右，但半導體的電阻率則隨溫度的上升而急劇下降，如純鍺，溫度從20℃上升到30℃時，電阻率降低一半左右。

2.雜質(zhì)的影響顯著

金屬中含有少量雜質(zhì)其電阻率不會發(fā)生顯著變化，但是，極微量的雜質(zhì)摻在半導體中，會引起電阻率的極大變化。如在純硅中加入百萬分之一的硼，就可以使硅的電阻率從2.3×105 Ω?cm急劇減少到0.4 Ω?cm左右。

3.光照可以改變電阻率

例如，有些半導體(如)受到光照時，其導電能力會變得很強；當無光照時，又變得像絕緣體那樣不導電，利用這種特性可以制成光敏元件。而金屬的電阻率則不受光照的影響。

溫度、雜質(zhì)、光照對半導體電阻率的上述控制作用是制作各種半導體器件的物理基礎(chǔ)。

數(shù)字IC功能驗證

集成電路規(guī)模的飛速增長,使得集成電路功能復雜度日益提升,一方面為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶來了生機和活力,另一方面也產(chǎn)生了許多問題和挑戰(zhàn)。集成電路的功能正確性是這些問題和挑戰(zhàn)中的首要考慮因素,必須引起我們足夠的重視。傳統(tǒng)的功能驗證主要通過驗證工程師手工編寫測試激勵來進行,驗證效率較為低下。在IC生產(chǎn)流程中，IC多由專業(yè)IC設計公司進行規(guī)劃、設計，像是聯(lián)發(fā)科、高通、Intel等大廠，都自行設計各自的IC芯片，提供不同規(guī)格、效能的芯片給下游廠商選擇。

隨著技術(shù)的發(fā)展,OVM、UVM等先進的驗證方法被成功引入,擴充了驗證技術(shù)庫。但這些驗證方法主要基于信號層級或事務層級來進行,并沒有從更高層次的功能點角度去考慮驗證問題。功能點的標準化概括、提取和層次分解仍然存在不足,而且測試激勵需要人為去進行封裝和組織,一定程度加大了驗證平臺搭建難度。為了彌補驗證技術(shù)上在功能建模和激勵自動生成上的缺陷,從不同角度去探究新的驗證方法,課題組開展了相應的研究工作。除了通用的南北橋結(jié)構(gòu)外，目前芯片組正向更的加速集線架構(gòu)發(fā)展，Intel的8xx系列芯片組就是這類芯片組的代表，它將一些子系統(tǒng)如IDE接口、音效、MODEM和USB直接接入主芯片，能夠提供比PCI總線寬一倍的帶寬，達到了266MB/s。

研究工作和技術(shù)進步主要包括以下幾點:1、基于集成電路功能特點以及對功能規(guī)范的分析,針對集成電路功能驗證需求,課題組共同創(chuàng)建了基于功能規(guī)范的功能模型F-M；主要的工具有：LEDALEDA是可編程的語法和設計規(guī)范檢查工具，它能夠?qū)θ酒腣HDL和Verilog描述、或者兩者混合描述進行檢查，加速SoC的設計流程。針對該功能模型,開發(fā)出一套功能模型描述語言,并定義相應語法規(guī)則,用以描述數(shù)字系統(tǒng)、IP核等模塊的功能行為。2、利用語言C/C 編寫出解析編譯器P-C,對上述功能模型語言進行解析,自動生成激勵生成器和斷言檢測器,構(gòu)建出SystemVerilog驗證平臺,自動產(chǎn)生測試激勵。

數(shù)字IC自動測試設備

集成電路(Integrated Circuit,IC)測試是集成電路產(chǎn)業(yè)的一個重要組成部分,它貫穿IC設計、制造、封裝、應用的全過程。集成電路晶圓(Wafer Test)測試是集成電路測試的一種重要方法,是保證集成電路性能、質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,是發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的一門支撐技術(shù)。而IC自動測試設備(Automatic Test Equipment,ATE)是實現(xiàn)晶圓測試必不可少的工具。 首先介紹數(shù)字IC自動測試設備的硬件系統(tǒng)設計架構(gòu),分析了板級子系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及功能?，F(xiàn)將目前較為流行的測試方法加以簡單歸類和闡述，力求達到拋磚引玉的作用。

重點討論了數(shù)字IC自動測試設備中兩種關(guān)鍵的測試技術(shù):邏輯功能測試和直流參數(shù)測量,在系統(tǒng)分析其工作原理和測試方法的基礎(chǔ)上,設計了硬件電路,并通過實驗平臺分別驗證了電路的測試功能。 在IC自動測試設備中,實現(xiàn)直流參數(shù)測量的模塊稱為參數(shù)測量單元(Parametric Measurement Unit,PMU)。PMU的測量方法有兩種,加壓測流和加流測壓。為了驗證所設計的直流參數(shù)測試單元硬件電路,在的第四章介紹了一種構(gòu)建簡單自動測試系統(tǒng)的驗證方法。DFTCompiler可以使設計者在設計流程的前期，很快而且方便的實現(xiàn)高質(zhì)量的測試分析，確保時序要求和測試覆蓋率要求同時得到滿足。

針對一種DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片,首先詳細分析了該芯片各項參數(shù)的測試原理,設計了以MCU作為控制核心、集成2個PMU和其他一些硬件電路的簡單測試板;然后根據(jù)芯片的測試要求設計了流程控制程序;后,通過實驗驗證了測試板的PMU能夠滿足參數(shù)測量精度要求。 的后部分,詳細列出了直流參數(shù)測量單元驗證板對19片WAFER的測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)。實驗表明,PMU模塊的電壓測試精度為0.5%以內(nèi),微安級電流的測試精度為5%以內(nèi),自動測試過程中沒有出現(xiàn)故障。驗證了PMU模塊能夠滿足數(shù)字IC自動測試設備的直流參數(shù)測試要求。接著是察看有哪些協(xié)議要符合，像無線網(wǎng)卡的芯片就需要符合IEEE802。