浅析集成电路设计上的特点

文章将主要介绍集成电路设计上的特点，分三点，一起来看吧。

(1)制作不同集成电路的区别是什么

在焊制分立元器件电路时，是按照电路图把各种元器件一个个焊接到电路板上，连成整个电路。集成电路的情况与此不同。从前面介绍的集成电路制造工艺过程可以看到，整个电路中所有的元器件以及连线，都是通过几次“氧化一光刻扩散”等过程同时制作到一个硅片上。不管电路的形式怎样不同，是简单的还是复杂的，是数字的还是模拟的，制作集成电路的工艺过程都是基本相同的。制作不同电路形式集成电路的区别，只是在几次光刻时所使用的一套光刻掩模版图形不同。

这是因为在集成电路生产中，制造不同元件和电路，完全是借助于一套预先制好的光刻掩模版来达到的。这就是说，生产种形式的电路，就要有一套和这个电路相对应的光刻掩模版。如果把焊制分立元器件电路比作用画笔一笔一笔地画出一輻图画，那么，制作集成电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。设计制造一套光刻掩模版是很复杂费事的。但作出掩模版以后，就可以很方便地生产出大量特性相同的集成电路。这样，集成电路和分立元器件电路相比，就有以下两个显著的特点。

首先，在分立元器件电路中，如果发现有某些不合适，想改变一下电路形式，例如，加一个电容器，换一个阻值较大的电阻等等，那是很容易的。就像画家拿起笔在图画上改几笔就了。而在集成电路中，哪怕是把引线位置交换一下这种微小的变动或元件数值的变更，都必须更换一套光刻掩模版才行。这就像是洗不同的照片就要用不同的底版一样。所以集成电路且定型生产，再做电路形式的变化或电路元件数值的变动，都是比较困难的。因此，在不十分必要的情况下，不应对集成电路提出变更引出端或元件的要求，因为这种在分立元器件电路中轻面易举的事，在集成电路中就需要重新设计、制造一套光刻掩模版。

正是由于集成电路有这样的特点，所以一般说来，集成电路生产的电路形式都是比较有通用性的，电路功能有较大的适应范围。从事整机电路设计的人要尽可能选用已经定型生产的集成电路。在已经生产的集成电路实在不能满足整机电路性能要求时，再提出生产新型电路形式。其次，在分立元器件电路中，如果增加元器件，就会增加焊接的工作量，增加成本。而在集成电路中，多做些元器件却不会产生显著的影响。

前面说过，制作不同电路形式的集成电路，只是所用光刻掩模版不同。复杂一些的电路形式在光刻掩模版图上只是多一些块块或引线条，简单一些的电路形式，图形也简单一些。但是制造掩模版的过程都是一样的，光刻工艺的次数及过程也是一样的。集成电路中多制造几个元件并不增加生产制造上的困难。就好像洗印合影照片并不比洗印单人照片复杂一样。所以般说来，集成电路可以采用较多的元器件以保证整个电路的性能。

(2)多用晶体管，少用电阻电容

集成电路的芯片合格率和电路或电路中元器件占用的硅片面积大小有直接关系。元器件图形占用硅片面积大，硅片材料上存在的缺陷就可能多些，造成沾污和造成工艺缺陷的可能性就大些，所以集成电路芯片图形占用硅片面积越大，合格率就越低。集成电路中高电阻、大电容会占用较大面积硅片，这不仅使集成度减小，而且降低了合格率，所以设计集成电路时应尽量少用高电阻、大电容。集成电路中制造晶体管所占用的硅片面积比较小，而多造几只晶体管在工艺上并不增加困难，所以集成电路中宁愿多用些半导体三极管、二极管，而要尽量少用电阻、电容。这是和设计分立元器件电路截然不同的。分立元器件电路中是尽量少用晶体管，而多用电阻、电容。

(3)利用元器件的对称性，降低对元器件精度的要求前面说过，集成电路中制作的元器件参数误差比较大。举例来说，电路中设计一个电阻为3k。如果扩散方块电阻制作偏大或是光刻不精密使电阻图形变狭，就会使制出电阻的阻值比设计值3k9偏大。这种误差限于目前工艺水平是不可避免的。对同一硅片上各个图形的“待遇”相同，所以同一电路硅片上各个元器件所产生偏差的方向和比值基本上是一样的，要么元件值都偏大，要么元件值都偏小。一个集成电路中，电阻数值偏高时，全部电阻值都偏高;晶体管电流放大倍数偏高时，全部晶体管电流放大倍数也都会偏高。这就是说，元器件的对称性好，各元器件参数之间的比值保持不变。考虑到这样的工艺特点，电路设计者就需要设法把对单个元器件参数高精度的要求转化为对两个元器件参数误差相同的要求。把对一个电阻的高精度要求，变化为对两个电阻阻值之比不变的要求，把对一只晶体管电流放大倍数要求准确的电路，变为利用两支晶体管的对称性以保证电路性能的差动放大电路。这样就可以充分利用集成电路的工艺特点，提高集成电路的技术指标。