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數(shù)字IC設(shè)計工程師要具備哪些技能

學(xué)習(xí)“數(shù)字集成電路基礎(chǔ)”是一切的開始，可以說是進入數(shù)字集成電路門檻的步。CMOS制造工藝是我們了解芯片的節(jié)課，從生產(chǎn)過程（宏觀）學(xué)習(xí)芯片是怎么來的，這一步，可以激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動力。

接下來，從微觀角度來學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件物理，了解二極管的工作原理。進而學(xué)習(xí)場效應(yīng)管的工作原理，這將是我們搭電路的積木。

導(dǎo)線是什么？這是一個有趣的話題，電阻、電容、電感的相互作用，產(chǎn)生和干擾，也是數(shù)字電路要解決的重要問題。

門電路是半定制數(shù)字集成電路的積木（Stardard Cell），所有的邏輯都將通過它們的實現(xiàn)。

存儲器及其控制器，本質(zhì)上屬于數(shù)模混合電路。但由于計算機等復(fù)雜系統(tǒng)中存儲器的日新月異，存儲器的控制器由邏輯層（數(shù)字）和物理層（模擬）一起實現(xiàn)。

FPGA是可編程門陣列，就是提前生產(chǎn)好的ASIC芯片，可以改配置文件，來實現(xiàn)不同的功能。常常用于芯片Tapeout前的功能驗證，或者用于基于FPGA的系統(tǒng)產(chǎn)品（非ASIC實現(xiàn)方案，快速推向市場）。

可測試性設(shè)計（即Design For Test），通常用來檢測和調(diào)試生產(chǎn)過程中的良率問題。封裝和測試是芯片交給客戶的后一步。似乎這些與狹義的數(shù)字電路設(shè)計不相關(guān)，但這恰恰公司降低成本的秘訣。

后，還需要了解數(shù)字電路與模擬電路的本質(zhì)區(qū)別，這將會幫助我們?nèi)趨R貫通所學(xué)的知識。

數(shù)字IC設(shè)計常用的數(shù)制換算？

1、幾種常用數(shù)制

1.1、十進制

十進制的每一位由0~9十個數(shù)碼表示，低位和相鄰高位之間的關(guān)系是“逢十進一”。計數(shù)方式：0→1→。。。→9→10→11→。。。→19→20→21→。。。→29→30→31。。。

1.2、二進制

二進制的每一位由0、1表示，低位和相鄰高位之間的關(guān)系是“逢二進一”。計數(shù)方式：0→1→10→11→100→101。。。

1.3、八進制

八進制的每一位由0~7表示，低位和相鄰高位之間的關(guān)系是“逢八進一”。計數(shù)方式：0→1→。。。→7→10→11→。。。→17→20→21→。。。→27→30→31→。。。

1.4、十六進制

十六進制的每一位由0~9、A、B、C、D、E、F十六數(shù)碼表示，低位和相鄰高位之間的關(guān)系是“逢十六進一”。計數(shù)方式：0→1→.。。。→9→A→B→C→D→E→F→10→11→。。。1F→20→21→。。。→2F→30→31。。。

2、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

2.1、二進制與十進制轉(zhuǎn)換

2.1.1 二-十轉(zhuǎn)換

將二進制數(shù)的第N位數(shù)值乘以第N位的權(quán)重，其中第N位的權(quán)重為2?（注：m位二進制數(shù)從右向左分別記為第0,1，。。。，m-1位，位是第0位，位是第m-1位），然后將相乘的結(jié)果按十進制數(shù)相加，就可以得到等值的十進制數(shù)。

舉個栗子：（101）?=1×22 0×21 1×2?=（5）?? ，這個二進制數(shù)第2位是1，它的權(quán)重是22，相乘為1×22；適用于非IC卡應(yīng)用，例如門禁卡、參賽證、門票，支付類校園一卡通，公交一卡通，企業(yè)一卡通**SM9非對稱算法：**是基于對的標(biāo)識密碼算法，與SM2類似。位是0，它的權(quán)重是21，相乘為0×21；第0位是1，它的權(quán)重是2?，相乘為1×2?，后將每一位的乘積按十進制運算相加。

數(shù)字IC測試儀的研究

隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展,集成電路的測試技術(shù)已成為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要支撐之一,也是保證集成電路性能、質(zhì)量的關(guān)鍵手段之一。溫度越高，電子流動所產(chǎn)生的作用就越大，其徹底破壞IC內(nèi)一條通路的時間就越少，即IC的壽命也就越短，這也就是高溫會縮短IC壽命的本質(zhì)原因。目前,集成電路測試儀一般價格比較高,但在電子實驗室的實驗中經(jīng)常需要測試中、小規(guī)模數(shù)字IC好壞,數(shù)字集成電路的測試又是一項經(jīng)常性的工作,所以,自己設(shè)計一臺經(jīng)濟實用的集成電路測試儀是非常必要的。 

研究了國內(nèi)外集成電路測試技術(shù),提出了基于單片機系統(tǒng)的數(shù)字IC測試儀的設(shè)計,設(shè)計包括硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計。的重點是硬件系統(tǒng)電路設(shè)計。主要包括：基本的RTL編程和，前端設(shè)計還可以包括IC系統(tǒng)設(shè)計、驗證(verification)、綜合、STA、邏輯等值驗證(equivalencecheck)。設(shè)計包括AT89C52單片機的選擇,可編程I/O接口,電源系統(tǒng)、鍵盤、復(fù)位電路,LED顯示接口CH451,計算機與單片機串行通信接口MAX232,測試插座接口,上位計算機等。硬件系統(tǒng)各功能單元電路的設(shè)計全部采用模塊化,每部分電路的選擇都經(jīng)過比較和優(yōu)化設(shè)計,便于以后硬件的升級。 針對單片機電源電路帶負載能力的擴流和測試插座接口電路的設(shè)計及數(shù)字IC測試向量編碼方法等方面進行了改進,提高了硬件系統(tǒng)的可靠性,簡化了軟件編程,并借助EDA技術(shù)進行了驗證。

ESD保護電路的數(shù)字邏輯芯片檢測

數(shù)字電子技術(shù)是普通高校電子類相關(guān)專業(yè)的必修課程,主要包含組合邏輯電路和時序邏輯電路兩部分內(nèi)容及其應(yīng)用。數(shù)字電子技術(shù)又是一門實踐性很強的課程,需要學(xué)生動手做實驗來加深對數(shù)字邏輯芯片工作原理的理解。北橋芯片提供對CPU的類型和主頻、內(nèi)存的類型和容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯等支持。數(shù)字電路實驗離不開數(shù)字邏輯芯片,很多高校每年都會采購一批數(shù)字邏輯芯片,芯片復(fù)用率很低,造成了數(shù)字邏輯芯片的嚴(yán)重浪費。

數(shù)字電路實驗會使用到許多不同類型的數(shù)字邏輯芯片。由于儲存方法不當(dāng)、實驗平臺不完善、學(xué)生不規(guī)范操作等原因,數(shù)字邏輯芯片經(jīng)常發(fā)生損壞。由于其故障類型多樣、檢測過程繁瑣,因此實驗室管理人員難以及時排查故障芯片。因為IC是由各廠自行設(shè)計，所以IC設(shè)計十分仰賴工程師的技術(shù)，工程師的素質(zhì)影響著一間企業(yè)的價值。本文基于芯片ESD保護原理、故障字典法研究設(shè)計了一種數(shù)字邏輯芯片自動化檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可檢測數(shù)字邏輯芯片是否有短路、斷路和邏輯功能錯誤等故障,并可確定具體的故障引腳位置,通過LCD液晶屏或上位機將檢測結(jié)果展示給用戶。經(jīng)過實際的試驗和數(shù)據(jù)分析可以得出:該檢測系統(tǒng)可以較好地檢測數(shù)字邏輯芯片故障,單枚芯片檢測時間大約為3秒,且檢測準(zhǔn)確率高達99.4%、運行功耗低至0.44W。非常適合在開設(shè)數(shù)字電子技術(shù)課程的高校中推廣應(yīng)用,同時也可用于芯片制造公司的成品檢測。