conception des circuits intégrés prédiffusés précaractérisés et sur mesure v2010

Conception des Circuits Intégrés Prédiffusés

Précaractérisés et sur Mesure

Mohamed MASMOUDI

Laboratoire d’Electronique, Microtechnologie & Communication

Professeur à l’ENIS

GE3 Mohamed Masmoudi

Plan du cours

Introduction

Chapitre I : Techniques de conception des circuits intégrés

Chapitre II : ASIC Semi Spécifique

Chapitre III :ASIC Spécifique

Chapitre IV : Méthodologies pour la conception des circuits intégrés

Chapitre V : Conception de Bibliothèques de cellules


Laboratoire d’Electronique, Microtechnologie & Communication


- Classification des Circuits intégrés- Evolution des techniques de conception- Classification des ASICs- Comparaison des ASICs

Chapitre I

Techniques de conception des circuits intégrés

Plan du chapitre :



Classification des ASICs

ASIC

ASICsemi-spécifique

Système sur puce "SoC"

Programmable "FPGA"

Sur mesure "Full Custum"

Pré-caractérisé "Standard Cell"

Pré-diffusé "Gate Array"

ASICspécifique

ASIC : Application Specific Integrated Circuit



Comparaison des ASICs



- Circuits Programmables- Circuits prédiffusés- Comparaison

Chapitre II

ASIC Semi Spécifique

Plan du chapitre :



ASIC



Programmable "FPGA"




ASICspécifique

Programmable "FPGA"




Critères de choix de la technologie



Les principaux fabriquants

1. ALTERA 30%

2. XILINX 30%

3. LATTICE 10%

4. ACTEL 10%

5. Etc… 20%



Bloc Logique : CLB (Xilinx XC3000)



Technologie de Programmation

Anti-fusible

Flash

SRAM

Caractéristiques : encombrement minimal, non reprogrammable, technologie spécifique




Anti-fusible

Flash

SRAM

Caractéristiques : conserve la configuration, système autonome, technologie spécifique

EPROM




Anti-fusible

Flash

SRAM

Caractéristiques : volatile, reconfigurable dynamiquement, technologie spécifique


ASIC



Programmable "FPGA"




ASICspécifique



Chapitre III : ASIC Spécifique

- Circuits Précaractérisés- Circuits sur Mesure - Système sur puce

Chapitre III

ASIC Spécifique

Plan du chapitre :



ASIC



Programmable "FPGA"




ASICspécifique



ASIC



Programmable "FPGA"




ASICspécifique


Sur Masure "Full Custum"


Définition architecture

Simulation fonctionnelle

Conception logique

Simulation logique

Conception électrique

Simulation électrique

Layout

ExtractionSimulation

Comparaison

Fabrication

Spécification du système

Procédure Réelle

Description comportementale

Description structurelle

Layout

Fabrication


Procédure Idéale



ASIC



Programmable "FPGA"




ASICspécifique


Système sur Puce "SoC"


Comparaison FPGA/GA/SC



Migration FPGA ASIC

Les FPGA diminuent le temps de conception d'un ASIC

Les FPGA permettent d'obtenir rapidement le prototypage rapide d'un ASIC pour le tester sur carte.




- Outils de CAO- Flot de conception des circuits analogiques- Flot de conception pour les circuits numériques- Flot de conception des circuits mixtes

Plan du chapitre :

Chapitre IV

Méthodologies pour la conception des circuits intégrés



Rôle de la Conception Assistée par Ordinateur (CAO - CAD:Computer Aided Design / CAE:Computer Aided Engineering)

- Maîtrise des temps et des coûts.- Nécessité suite à la complexité croissante des circuits électroniques- Gérer les immenses volumes de données techniques- Analyses poussées (stress, fiabilité, thermique, …)- Réutilisabilité / Intellectual Property / Testabilité



Evolution : Méthodes de CAO

1950 : Premier système graphique (MIT)1969 : SPICE (Berkeley)#1970 : Dessin des masques à la main#1980 : Compilation de silicium (portes vers masques)#1985 : Synthèse logique / Naissance de VHDL#1990 : Synthèse de haut niveau#1995 : Synthèse architecturale

Méthodologie ASIC : juste par conception#2000 : Langage multi-disciplines industriel : VHDL-AMS

Analogique / Numérique / Autres (MOEMS)

Diminution des «Time-to-Market»et de la durée de vie des produits

Méthodologie / Gestion de projet TRES IMPORTANTGE3 Mohamed Masmoudi


Outils de CAO

- Simulateurs Analogiques : SPICE, ELDO, SPECTRE, …

- Simulateurs Logiques : SPICE, ELDO, SPECTRE, …

- Simulateurs Fonctionnels Comportementaux Logiques: MATLAB, VHDL, VERILOG, …

- Simulateurs Fonctionnels Comportementaux Analogiques et Mixtes : VHDL-AMS, VERILOG-AMS, …



Manuel

Synthèse Logique Compilation

de Si

LAYOUT

Flot de conception



Flot de conception

Conception algorithmique et synthèse de haut niveauGE3 Mohamed Masmoudi


Flot de conception des Circuits Intégrés Analogiques

Conception électrique


Layout

Extraction

Fabrication


Netlist


Ok



Spécifications

Modélisation haut niveau

Analyse de testabilité

Modélisation RTL

Synthèse logique

Placement-Routage DiagnosticDRC + Extraction

Analyse de délais

Performances

Simulation

Vérification

Diagnostic

Diagnostic

Diagnostic

Diagnostic

Fabrication d’un prototype

oui

non

Flot de conception des Circuits Intégrés numériques



Synthèse logique

simulation abstraite simulation simulation abstraite simulation logicologico--temporelletemporelle simulation simulation éélectriquelectrique

HDLHDL GateGate levellevel Physique Physique levellevelCompilation de silicium+ placement/routageif a=‘1’ then

r = velse

r = not (p)end if

r2 1

a

v

p

PNN

synthèse logique



Flow de Conception Typique pour FPGA



Modélisation Analogique et Mixte

C’est une description comportementale des circuits analogiques et mixtes

VHDL-AMS, VERILOG-AMS représentent les principaux outils de modélisation et de simulation analogique et mixte.

Nécessité d’avoir une bibliothèque suffisamment riche de modèles comportementaux : AOP, Filtres, CAN, CNA, PLL, VCO, etc….



Flot de conception des Circuits Intégrés mixtes

Partie Analogique Partie Numérique

Layout

partie Analogique

Convertisseur A/N

Layout

du convertisseur A/N

Bibliothèque Numérique

Architecture Partie Numérique

Vérification & test

Vérification & test

CircuitNiveau transistor

BibliothèqueModèles Analogiques

Modèle partie

Analogique

Modèle du Convertisseur A/N

Synthèse de la partie Numérique



Un environnement de CAO mixte : Tanner



Synthèse Analogique

Jusqu’à ce jour la synthèse des circuits analogiques est manuelle en attendant l’apparition du premier outil de synthèse analogique.

Plusieurs labo de recherche, dans le monde, travaillent pour développer des outils de synthèse analogique.



- Choix des critères pour la conception- Développement d’un Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)- Exemples de cellules logiques- Exemples de cellules analogiques- Plots d’E/S

Plan du chapitre :

Chapitre V

Conception de Bibliothèques de cellules



Choix des critères de Conception

- Surface minimale

- Consommation minimale

- Fréquence maximale



Design Kit (Technologie CMOS 0.35µm Puits N)

Caractéristiques de la Technologie




Inverseurs




NAND (2 entrées)

NOR (2 entrées)




CAN (8 bits)




DAC (8 bits)




DAC (10 bits)



Plots d’E/S analogiques





Vdd

GndPad

Core Gnd

Vdd

Pad

Core

In

Vdd

GndPad

Core In

Vdd

GndPad

Core





Pad "Gnd" Pad "In" Pad "In" Pad "In" Pad "In" Pad "In" Pad "In" Pad "Vdd"

D

D D

D

D

D DR




Plots d’E/S logiques




Plots d’E/S logiques

In

Vdd

GndPad

Core In

Vdd

GndPad

Core

Out

Pad

Core

Plot d’entrée :

Plot de sortie :




Plots d’entrées




Plots de sortie



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