什么是集成电路计算机辅助设计?

[拼音]：jicheng dianlu jisuanji fuzhu sheji

[外文]：integrated circuit computer aided design

利用计算机具有快速运算和大容量存储数据的功能，帮助人们设计各种复杂产品的方法。实现这种设计方法的物质基础是计算机辅助设计系统，它包括计算机本身和辅助设计所需的外部设备和软件系统。集成电路有独特的计算机辅助设计方法和相应的计算机辅助设计系统。

集成电路的计算机辅助设计方法是60年代后期发展起来的。当时，大规模集成电路刚刚开始发展，由于每个芯片上的晶体管数目日益增多，电路的复杂性与日俱增，使得人工分析、计算电路性能和人工设计版图越来越困难。不仅设计周期长，消耗大量的人力，而且版图的正确性也很难保证，因此提出用计算机协助人设计集成电路版图和分析集成电路性能的方法。利用计算机快速运算和处理大量数据的能力，只要总结出设计原则和设计方法，便可通过编制计算机程序实现这些设计原则和方法。在计算机辅助设计时，只要以一定格式输入较简单的原始数据，计算机就能设计出正确的版图。但是，集成电路尚不能实现全自动设计，在整个设计过程中需要设计人员不断进行干预。要反复对设计的结果进行分析比较，选取较优方案，然后进行下一步设计。计算机辅助设计不仅能缩短设计周期，而且易于查出错误，降低设计成本，已成为大规模集成技术的重要组成部分。

集成电路计算机辅助设计的内容很多，几乎在设计过程的各个阶段都研究出了计算机辅助设计的方法。其主要内容有系统分划和模拟、逻辑模拟、电路分析和模拟、工艺模拟、器件性能模拟、版图设计、版图验证、辅助制版等，并有相应的各种描述语言和各种数据库，如单元版图数据库、器件参数数据库等。

系统分划和模拟是对整个系统的设计。由于超大规模集成电路的发展，一个完整的电子系统往往只需不太多的集成电路就可实现全部功能。因此，首先从整个系统分析出发，按照功能决定最合理和最经济的芯片划分方案，并有计算机模拟。逻辑模拟是以确定芯片的逻辑电路进行的，检查是否达到原定功能的要求。逻辑模拟有门级模拟、寄存器级模拟和功能级模拟。电路分析和模拟是对已选定的电路进行电学性能的分析和模拟，包括静态、动态和容差分析，并有最佳中心值的设计。电路分析需要器件的电学特性参数，这些参数可以由工艺模拟和器件性能模拟等程序提供。这样，就能确定未来芯片加工的工艺条件。另一种提供器件电学特性参数的方法是通过器件参数自动提取程序，它是实际测定器件特性通过程序提取电路分析所需的器件电学特性参数。一般后一方法更合理和切合实际。

版图设计是根据电路分析的结果，选定出正确的电路图，然后按照器件性能的要求对器件图形进行的，把各器件安放在版图中的一定位置上，并按线路图进行互连。这是集成电路、特别是大规模和超大规模集成电路设计中最费时的一项工作，也是集成电路计算机辅助设计中最重要的一个环节。版图设计有人机交互式设计和自动设计两种方法，一般设计时结合使用这两种方法。但是为提高版图设计的工作效率，则必须建立单元版图的数据库。

设计完成的版图可能有错误，而用人工查错又是一件既费时又艰苦的工作。通过计算机辅助查错效果良好，这就是版图校验程序。这种校验程序不仅能查出几何图形的错误，而且还能把连线和隔离等的寄生效应考虑进去，校正原设计不合理的部分。校对正确无误后的版图数据，通过计算机辅助制版程序送绘（刻）图机或图形发生器，或电子束曝光机制出集成电路所需的掩模版。

对制成的集成电路还需要进行测试，测试工作艰巨而繁复，现代也都用计算机辅助测试来完成，以提高工作效率。关于提高测试效率，在电路的设计阶段就已考虑，称为可测性设计。因此，计算机辅助测试从广义上来说也是计算机辅助设计的一部分。