淺析集成電路設(shè)計(jì)上的特點(diǎn)

文章將主要介紹集成電路設(shè)計(jì)上的特點(diǎn)，分三點(diǎn)，一起來看吧。

(1)制作不同集成電路的區(qū)別是什么

在焊制分立元器件電路時，是按照電路圖把各種元器件一個個焊接到電路板上，連成整個電路。集成電路的情況與此不同。從前面介紹的集成電路制造工藝過程可以看到，整個電路中所有的元器件以及連線，都是通過幾次“氧化一光刻擴(kuò)散”等過程同時制作到一個硅片上。不管電路的形式怎樣不同，是簡單的還是復(fù)雜的，是數(shù)字的還是模擬的，制作集成電路的工藝過程都是基本相同的。制作不同電路形式集成電路的區(qū)別，只是在幾次光刻時所使用的一套光刻掩模版圖形不同。

這是因?yàn)樵诩呻娐飞a(chǎn)中，制造不同元件和電路，完全是借助于一套預(yù)先制好的光刻掩模版來達(dá)到的。這就是說，生產(chǎn)種形式的電路，就要有一套和這個電路相對應(yīng)的光刻掩模版。如果把焊制分立元器件電路比作用畫筆一筆一筆地畫出一輻圖畫，那么，制作集成電路就好像是用照相底片洗相片。照相底片就好比是一套光刻掩模版。設(shè)計(jì)制造一套光刻掩模版是很復(fù)雜費(fèi)事的。但作出掩模版以后，就可以很方便地生產(chǎn)出大量特性相同的集成電路。這樣，集成電路和分立元器件電路相比，就有以下兩個顯著的特點(diǎn)。

首先，在分立元器件電路中，如果發(fā)現(xiàn)有某些不合適，想改變一下電路形式，例如，加一個電容器，換一個阻值較大的電阻等等，那是很容易的。就像畫家拿起筆在圖畫上改幾筆就了。而在集成電路中，哪怕是把引線位置交換一下這種微小的變動或元件數(shù)值的變更，都必須更換一套光刻掩模版才行。這就像是洗不同的照片就要用不同的底版一樣。所以集成電路且定型生產(chǎn)，再做電路形式的變化或電路元件數(shù)值的變動，都是比較困難的。因此，在不十分必要的情況下，不應(yīng)對集成電路提出變更引出端或元件的要求，因?yàn)檫@種在分立元器件電路中輕面易舉的事，在集成電路中就需要重新設(shè)計(jì)、制造一套光刻掩模版。

正是由于集成電路有這樣的特點(diǎn)，所以一般說來，集成電路生產(chǎn)的電路形式都是比較有通用性的，電路功能有較大的適應(yīng)范圍。從事整機(jī)電路設(shè)計(jì)的人要盡可能選用已經(jīng)定型生產(chǎn)的集成電路。在已經(jīng)生產(chǎn)的集成電路實(shí)在不能滿足整機(jī)電路性能要求時，再提出生產(chǎn)新型電路形式。其次，在分立元器件電路中，如果增加元器件，就會增加焊接的工作量，增加成本。而在集成電路中，多做些元器件卻不會產(chǎn)生顯著的影響。

前面說過，制作不同電路形式的集成電路，只是所用光刻掩模版不同。復(fù)雜一些的電路形式在光刻掩模版圖上只是多一些塊塊或引線條，簡單一些的電路形式，圖形也簡單一些。但是制造掩模版的過程都是一樣的，光刻工藝的次數(shù)及過程也是一樣的。集成電路中多制造幾個元件并不增加生產(chǎn)制造上的困難。就好像洗印合影照片并不比洗印單人照片復(fù)雜一樣。所以般說來，集成電路可以采用較多的元器件以保證整個電路的性能。

(2)多用晶體管，少用電阻電容

集成電路的芯片合格率和電路或電路中元器件占用的硅片面積大小有直接關(guān)系。元器件圖形占用硅片面積大，硅片材料上存在的缺陷就可能多些，造成沾污和造成工藝缺陷的可能性就大些，所以集成電路芯片圖形占用硅片面積越大，合格率就越低。集成電路中高電阻、大電容會占用較大面積硅片，這不僅使集成度減小，而且降低了合格率，所以設(shè)計(jì)集成電路時應(yīng)盡量少用高電阻、大電容。集成電路中制造晶體管所占用的硅片面積比較小，而多造幾只晶體管在工藝上并不增加困難，所以集成電路中寧愿多用些半導(dǎo)體三極管、二極管，而要盡量少用電阻、電容。這是和設(shè)計(jì)分立元器件電路截然不同的。分立元器件電路中是盡量少用晶體管，而多用電阻、電容。

(3)利用元器件的對稱性，降低對元器件精度的要求前面說過，集成電路中制作的元器件參數(shù)誤差比較大。舉例來說，電路中設(shè)計(jì)一個電阻為3k。如果擴(kuò)散方塊電阻制作偏大或是光刻不精密使電阻圖形變狹，就會使制出電阻的阻值比設(shè)計(jì)值3k9偏大。這種誤差限于目前工藝水平是不可避免的。對同一硅片上各個圖形的“待遇”相同，所以同一電路硅片上各個元器件所產(chǎn)生偏差的方向和比值基本上是一樣的，要么元件值都偏大，要么元件值都偏小。一個集成電路中，電阻數(shù)值偏高時，全部電阻值都偏高;晶體管電流放大倍數(shù)偏高時，全部晶體管電流放大倍數(shù)也都會偏高。這就是說，元器件的對稱性好，各元器件參數(shù)之間的比值保持不變?？紤]到這樣的工藝特點(diǎn)，電路設(shè)計(jì)者就需要設(shè)法把對單個元器件參數(shù)高精度的要求轉(zhuǎn)化為對兩個元器件參數(shù)誤差相同的要求。把對一個電阻的高精度要求，變化為對兩個電阻阻值之比不變的要求，把對一只晶體管電流放大倍數(shù)要求準(zhǔn)確的電路，變?yōu)槔脙芍Ьw管的對稱性以保證電路性能的差動放大電路。這樣就可以充分利用集成電路的工藝特點(diǎn)，提高集成電路的技術(shù)指標(biāo)。