深度解析:EDA 设计流程全步骤详解与关键要点

EDA 设计流程通常包括设计输入、功能仿真、综合、布局布线、物理验证和后仿真等主要步骤,以下是对各步骤的详细介绍:

设计输入:

  • 硬件描述语言输入:使用 VHDL、Verilog 等硬件描述语言对电路的功能和结构进行文本描述。这种方式适合描述复杂的数字电路系统,具有很强的抽象性和可移植性。

  • 原理图输入:通过图形化的方式绘制电路原理图,将各种逻辑元件(如门电路、触发器等)用图形符号表示,并使用连线连接起来,直观地展示电路的组成和连接关系。适合简单电路设计,能直观看到电路结构。

  • 状态机输入:对于具有明确状态转换的电路系统,可采用状态机输入方式。通过定义状态和状态之间的转换条件,以及在每个状态下的输出行为,来描述电路的功能。

功能仿真:

  • 目的:在设计输入完成后,不考虑实际电路的延迟等物理因素,仅对设计的逻辑功能进行验证,检查设计是否符合预期的功能要求。

  • 方法:使用仿真工具,如 Modelsim 等,输入激励信号,观察电路的输出响应,通过对比实际输出与预期输出,判断设计是否存在逻辑错误。

  • 综合:功能:将高层次的设计描述,如 HDL 代码,根据目标工艺库,转换为门级网表。在转换过程中,会对设计进行优化,如面积优化,使电路占用的芯片面积最小;速度优化,提高电路的工作频率等。

  • 工具:常见的综合工具如 Synopsys 的 Design Compiler 等,它会根据设定的约束条件(如时钟频率、面积限制等),对设计进行分析和优化,生成满足要求的门级网表。

布局布线:

  • 布局:将门级网表中的各个逻辑单元合理地放置在芯片的物理版图上,考虑到单元之间的连接关系、布线资源的分配以及芯片的性能要求等因素,使芯片的布局尽可能紧凑,同时满足信号传输延迟等要求。

  • 布线:在布局完成后,根据门级网表中逻辑单元之间的连接关系,使用金属连线将它们连接起来,形成完整的电路。布线过程中要考虑布线的宽度、间距、层数等因素,以避免信号干扰、串扰等问题,确保电路的性能和可靠性。

  • 工具:如 Cadence 的 Encounter 等布局布线工具,能够根据设计要求和工艺参数,自动完成布局布线操作,并提供可视化的界面,方便设计人员进行调整和优化。

物理验证:

  • 设计规则检查(DRC):检查版图是否符合芯片制造工艺的设计规则,如最小线宽、最小间距、最大金属层数等。违反设计规则可能导致芯片无法正常制造或性能下降。

  • 电气规则检查(ERC):检查版图中的电气连接是否正确,是否存在短路、开路、悬空等问题,确保电路的电气性能符合要求。

  • 版图与原理图一致性检查(LVS):将版图与原始的原理图进行对比,检查版图中的电路结构和连接关系是否与原理图一致,防止在版图设计过程中出现错误。

  • 工具:常用的物理验证工具如 Calibre,能够快速、准确地完成各项物理验证任务,并生成详细的报告,指出存在的问题和错误。

后仿真:

  • 目的:在完成布局布线后,考虑了实际电路的延迟、功耗等物理因素,对设计进行全面的仿真验证,检查设计在实际物理实现后的功能和性能是否满足要求。

  • 方法:使用与功能仿真类似的仿真工具,但此时的仿真模型中包含了布局布线后的实际延迟信息。通过输入实际的激励信号,观察电路的输出响应,检查是否存在时序违规、信号完整性问题等。如果发现问题,需要返回前面的步骤进行调整和优化。

在实际的 EDA 设计流程中,可能还会涉及到一些其他的步骤和操作,如功耗分析、信号完整性分析等,以确保设计的芯片具有高性能、低功耗和高可靠性。

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