集成電路計算機輔助設計

利用計算機具有快速運算和大容量存儲數據的功能，幫助人們設計各種複雜產品的方法。實現這種設計方法的物質基礎是計算機輔助設計系統，它包括計算機本身和輔助設計所需的外部設備和軟體系統。集成電路有獨特的計算機輔助設計方法和相應的計算機輔助設計系統。

集成電路的計算機輔助設計方法是60年代後期發展起來的。當時，大規模集成電路剛剛開始發展，由於每個晶元上的晶體管數目日益增多，電路的複雜性與日俱增，使得人工分析、計算電路性能和人工設計版圖越來越困難。不僅設計周期長，消耗大量的人力，而且版圖的正確性也很難保證，因此提出用計算機協助人設計集成電路版圖和分析集成電路性能的方法。利用計算機快速運算和處理大量數據的能力，只要總結出設計原則和設計方法，便可通過編製計算機程序實現這些設計原則和方法。在計算機輔助設計時，只要以一定格式輸入較簡單的原始數據，計算機就能設計出正確的版圖。但是，集成電路尚不能實現全自動設計，在整個設計過程中需要設計人員不斷進行干預。要反覆對設計的結果進行分析比較，選取較優方案，然後進行下一步設計。計算機輔助設計不僅能縮短設計周期，而且易於查出錯誤，降低設計成本，已成為大規模集成技術的重要組成部分。

集成電路計算機輔助設計的內容很多，幾乎在設計過程的各個階段都研究出了計算機輔助設計的方法。其主要內容有系統分划和模擬、邏輯模擬、電路分析和模擬、工藝模擬、器件性能模擬、版圖設計、版圖驗證、輔助製版等，並有相應的各種描述語言和各種資料庫，如單元版圖資料庫、器件參數資料庫等。

系統分划和模擬是對整個系統的設計。由於超大規模集成電路的發展，一個完整的電子系統往往只需不太多的集成電路就可實現全部功能。因此，首先從整個系統分析出發，按照功能決定最合理和最經濟的晶元劃分方案，並有計算機模擬。邏輯模擬是以確定晶元的邏輯電路進行的，檢查是否達到原定功能的要求。邏輯模擬有門級模擬、寄存器級模擬和功能級模擬。電路分析和模擬是對已選定的電路進行電學性能的分析和模擬，包括靜態、動態和容差分析，並有最佳中心值的設計。電路分析需要器件的電學特性參數，這些參數可以由工藝模擬和器件性能模擬等程序提供。這樣，就能確定未來晶元加工的工藝條件。另一種提供器件電學特性參數的方法是通過器件參數自動提取程序，它是實際測定器件特性通過程序提取電路分析所需的器件電學特性參數。一般后一方法更合理和切合實際。

版圖設計是根據電路分析的結果，選定出正確的電路圖，然後按照器件性能的要求對器件圖形進行的，把各器件安放在版圖中的一定位置上，並按線路圖進行互連。這是集成電路、特別是大規模和超大規模集成電路設計中最費時的一項工作，也是集成電路計算機輔助設計中最重要的一個環節。版圖設計有人機互動式設計和自動設計兩種方法，一般設計時結合使用這兩種方法。但是為提高版圖設計的工作效率，則必須建立單元版圖的資料庫。

設計完成的版圖可能有錯誤，而用人工查錯又是一件既費時又艱苦的工作。通過計算機輔助查錯效果良好，這就是版圖校驗程序。這種校驗程序不僅能查出幾何圖形的錯誤，而且還能把連線和隔離等的寄生效應考慮進去，校正原設計不合理的部分。校對正確無誤后的版圖數據，通過計算機輔助製版程序送繪（刻）圖機或圖形發生器，或電子束曝光機制出集成電路所需的掩模版。

對製成的集成電路還需要進行測試，測試工作艱巨而繁複，現代也都用計算機輔助測試來完成，以提高工作效率。關於提高測試效率，在電路的設計階段就已考慮，稱為可測性設計。因此，計算機輔助測試從廣義上來說也是計算機輔助設計的一部分。