专用集成电路

简介

专用集成电路(application specific integrated circuit) 是针对整机或系统的需要，专门为之设计制造的集成电路，简称ASIC。相对于通用集成电路而言，用户在某种程度上参与该产品的开发。

专用集成电路可以把分别承担一些功能的数个、数十个、甚至上百个通用中、小规模集成电路的功能集成在一块芯片上，进而可将整个系统集成在一块芯片上实现系统的需要。它使整机电路优化，元件数减少，布线缩短，体积和重量减小，提高了系统可靠性。产品的特点是功能强、品种多;但批量较小，设计周期长，工艺生产与测试难度增加，故成本较高。

开发过程

专用集成电路的开发可分为设计、加工与测试三个主要环节。但因其功能的多样而更具特色。

  设计过程  

1)功能设计的目的是为电路设计做准备，将系统功能用于系统实现，便于按系统、电路、元件的级别做层次式设计。

2)逻辑设计的结果是给出满足功能块所要求的逻辑关系的逻辑构成。它是用门级电路或功能模块电路实现，用表、布尔公式或特定的语言表示的。

3)电路设计的目的是确定电路结构(元件联接关系)和元件特性(元件值、晶体管参数)，以满足所要求的功能电路的特性，同时考虑电源电压变动、温度变动以及制造误差而引起的性能变化。

4)布图设计直接服务于工艺制造。它根据逻辑电路图或电子电路图决定元件、功能模块在芯片上的配置，以及它们之间的连线路径.为节约芯片面积要进行多种方案比较，直到满意。

5)验证是借助计算机辅助设计系统对电路功能、逻辑和版图的设计，以及考虑实际产品可能出现的时延和故障进行分析的过程。在模拟分析基础上对设计参数进行修正。

为了争取产品一次投片成功，设计工作的每一阶段都要对其结果反复进行比较取优，以取得最好的设计结果。

  设计方式  

一般可分为全定制设计和半定制设计。前者是按图所示流程依次完成设计的各个阶段，后者是在设计的某个阶段利用已有成果，进行的更有效设计。例如对已具有合理的版图结构、经过实际使用证明是实用的模块电路进行半定制设计，就可节约布图或制造时间。标准单元法、门阵列法、可编程逻辑阵列法都是利用模块化电路进行半定制设计的常用方法。

在计算机辅助设计系统中，以单元电路库、宏单元库形式开发的基本单元越丰富，越有利于电路设计。这些库包括基本门、触发器、译码器、微处理器核心电路、ROM、RAM以及模拟电路模块等。通常对库单元的描述有名称，功能，布尔表达式，逻辑图，电路图，电学参数，版图外框，输入、输出口和版图结构等。

  加工工艺  

专用集成电路的基本工艺是CMOS，双极型，BiCMOS等。BiCMOS是一种混合工艺，它具有双极型和CMOS的双重特点，便于提高工作速度、降低功耗、提高集成度和实现模数电路的混合。砷化镓(GaAs)半导体材料的使用不仅提高了电路的工作速度，而且功耗也小。

随着所需功能越趋复杂，器件尺寸逐渐减小、引脚数增多，专用集成电路为满足引线数、体积、散热性能，芯片和内引线压焊工艺自动化，器件装上印制电路板时的便捷程度等方面要求，采用了四边均有引线的正方形外壳、或并排布置两行外引线等封装工艺。对于要求高密度组装的、耐强烈震动和严酷的温、湿环境的电子系统，已采用芯片载体式封装和带式自动键合封装，提高了它们在印制电路板上安装作业的自动化程度，减小了体积、降低了重量。

专用集成电路也采取多芯片技术，用多种工艺和电路技术分别制备单个芯片，更便于设计、制造和测试多功能的专用集成电路。

  测试  

专用集成电路要求电路设计人员紧密地参与测试，从电路设计的开始就需要考虑产品的测试方案与方法。测试设计是开发专用集成电路的一项重要设计内容。

在设计电路时，设计一些附加的自动测试电路，且与所设计的功能电路集成在同一芯片上。芯片加工后，这些附加电路在软件支持下，自动地完成芯片功能的测试。这种测试方式不受限制地测试内部节点，能与被测电路同步工作，提高测试质量，节省时间。

传统的测试方式仍是专用集成电路生产中使用的一种主要方法，希望将对输入激励，输出响应采样和测试过程控制在一个自动测试设备上进行，否则难以应付不断扩大的电路规模与功能。

材料缺陷、加工偏差、工作环境恶劣，尤其是设计错误都会引起电路失效。电路设计人员借助计算机辅助设计系统，在电路设计过程中对可能的故障进行模拟，分析故障属性，检测并确定故障位置以改进电路设计，并使之在生产过程中就可方便地检测到这些故障。

应用范围

专用集成电路更适用于军事应用，能有效地解决军用集成电路的高性能、小批量、高可靠、快周期的矛盾。

现在大的集成电路生产厂都配有极强的计算机辅助电路设计能力，可根据用户的要求迅速设计制作专用集成电路，或接受用户的电路设计，甚至由用户直接设计工艺来制造满足用户需要的集成电路。