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定制集成电路

时间 : 2022年9月28日分类 :工程百科

[拼音]：dingzhi jicheng dianlu

[外文]：custom integrated circuit

按照用户需要而专门设计制作的集成电路。定制集成电路有别于已经大量生产并标准化的通用集成电路。通用集成电路并不能满足全部用户的需要，研制新的电子系统常常需要各种各样具有特殊功能或特殊技术指标的集成电路。解决这个问题的途径通常有三：

（1）用中、小规模集成电路和分立元件组合成新电路；

（2）利用标准微处理器或微控制器编制软件的办法来实现所要求新电路的功能；

（3）定制集成电路。其中定制集成电路已经成为集成电路发展的一个重要方面。定制集成电路按制作方式分为全定制集成电路和半定制集成电路。

全定制集成电路

按照预期功能和技术指标而专门设计制成的集成电路。全部制造过程包括电路的逻辑设计、电路设计、掩模版设计制造、芯片工艺加工、组装外壳、功能和参数测试等工序。这种集成电路制造周期长、成本高，主要是靠人工设计，制成后不易修改。但是性能比较理想，芯片面积小，片上集成度可以做得很高，并且适合于过渡到大量生产。

半定制集成电路

针对全定制集成电路研制周期长、耗费人力多、成本高等缺点，出现多种改进制作的新方法。

门阵列法

又称母片法，将典型的门电路以阵列形式整齐排列，元件之间、单元电路之间互不连接，留出布线通道，并将其加工成半成品备用。然后，按用户对定制集成电路的技术要求进行设计，将芯片上的元件连成各种单元功能电路（如门电路、触发器、缓冲器、多路开关等），进而连成所需要的大规模集成电路。采用这种方法，从预先制备好的半成品母片出发，借助于计算机辅助设计系统，只须完成一、两块连线用的掩模版再进行后工序加工，即可得到预期的电路。因此，研制周期大大缩短，成本降低、修改设计也很方便。它的技术性能虽略逊于全定制集成电路，但远较其他方法优越。这种电路的缺点是：

（1）元件与元件之间、单元与单元之间预留的空隙要足够大，以便在形成各种集成电路布局、布线时有充分的余地，因而芯片尺寸较大；

（2）母片是按一定规格预制的，而定制集成电路的要求又各不相同，常使芯片上许多单元电路得不到利用；

（3）每级组成的功能电路可能不同，走线长短可能差别很大，从而造成级间延迟时间不同，如设计不当还可能出现假信号。

单元电路库设计法

采用这种方法设计定制集成电路要使用计算机辅助设计系统。事先将各种典型功能的单元电路设计好，并存进计算机的存储器内备用。设计定制集成电路时，可按需要将其调出显示在荧光屏上，用光笔或键盘进行编辑，组成符合要求的集成电路，并用计算机对此电路的参量进行模拟计算。在得到符合要求的设计后，配合图形发生器制作掩模版，并转入芯片工艺加工。由于设计的全过程都借用计算机，效率很高，可节省大量人力和时间，制出的电路技术性能也比较理想。但是，这种方法必须有较好的计算机辅助设计系统，还要预先储备具有各种功能的单元电路才能实现。

设计电路版图时，为便于布局和布线，各种功能的单元电路版图都采用同一高度（宽度可不相同），以便于在设计电路时将所需的单元电路象积木块似的组合在一起，再在布线通道中互连，形成预期的定制集成电路。这种设计法称为标准单元设计法或多单元设计法，亦称积木块式设计法。用这种方法制作的集成电路，在工艺加工方面与全定制集成电路相似，所以又称“假全定制集成电路”。

利用可编程序逻辑阵列电路

利用已有的可编程序逻辑阵列（PLA）电路也可改制为所需的定制集成电路。由于可编程序逻辑阵列电路的掩模版是可编程序的，定制这类集成电路时，只须按要求改变一块连接线的掩模版，再进行后步工序加工即可。此项工作也可借助于计算机辅助设计系统，以节省人力和时间。这种电路测试容易，修改设计或改变电路功能也很方便。但制出的集成电路速度不高，芯片上元件利用率也不高，制出新的电路在功能与性能上不可能有很大的改变。这种方法常用于数字电路系统中的控制逻辑部分。

参考书目

Saburo　Murogo， VLSI Design， John Wiley & Sons，New York，1982.

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