تصميم الدوائر المتكاملة

📅 آخر تحديث: ١٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
رسم تخطيطي لمضخم عملياتي بسيط بتقنية CMOS (المدخلات على اليسار ومكثف التعويض على اليمين). الطبقة المعدنية ملونة بالأزرق، والأخضر والبني يمثلان السيليكون المطعّم بالنوعين N و P على التوالي، والسيليكون متعدد التبلور أحمر، والوصلات على شكل صليب.
مهندس يستخدم محطة عمل مبكرة لتصميم الدوائر المتكاملة لتحليل جزء من تصميم دائرة مقطوعة على ورق روبيليث ، حوالي عام 1979

تصميم الدوائر المتكاملة ، أو تصميم أشباه الموصلات ، أو تصميم الرقائق ، أو تصميم الدوائر المتكاملة ، هو فرع من فروع هندسة الإلكترونيات ، يشمل تقنيات تصميم الدوائر والمنطق اللازمة لتصميم الدوائر المتكاملة . تتكون الدائرة المتكاملة من مكونات إلكترونية مصغرة مدمجة في شبكة كهربائية على ركيزة من أشباه الموصلات المتجانسة باستخدام تقنية الطباعة الضوئية .

يمكن تقسيم تصميم الدوائر المتكاملة إلى فئتين رئيسيتين: تصميم الدوائر المتكاملة الرقمية وتصميم الدوائر المتكاملة التناظرية . يهدف تصميم الدوائر المتكاملة الرقمية إلى إنتاج مكونات مثل المعالجات الدقيقة ، ومصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGAs )، والذاكرة ( RAM ، و ROM ، وذاكرة الفلاش )، والدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات الرقمية (ASICs ). يركز التصميم الرقمي على الدقة المنطقية، وزيادة كثافة الدوائر، ووضع الدوائر بطريقة تضمن توجيه إشارات الساعة والتوقيت بكفاءة. كما يتخصص تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية في تصميم دوائر الطاقة ودوائر الترددات الراديوية . ويُستخدم في تصميم مضخمات العمليات ، والمنظمات الخطية ، وحلقات قفل الطور ، والمذبذبات، والمرشحات النشطة . يهتم التصميم التناظري بشكل أكبر بخصائص أشباه الموصلات، مثل الكسب، والمطابقة، وتبديد الطاقة، والمقاومة . عادةً ما تكون دقة تضخيم الإشارة التناظرية وترشيحها بالغة الأهمية، ونتيجة لذلك، تستخدم الدوائر المتكاملة التناظرية أجهزة نشطة ذات مساحة أكبر من التصاميم الرقمية، وعادةً ما تكون أقل كثافة في الدوائر. [ 1 ]

تُعدّ الدوائر المتكاملة الحديثة بالغة التعقيد. شريحة حاسوب مكتبي متوسطة الحجم، اعتبارًا من عام 2026تحتوي على أكثر من 20 مليار ترانزستور. كما أن قواعد تصنيعها معقدة للغاية. إذ تتضمن عمليات تصنيع الدوائر المتكاملة الشائعة في عام 2015 أكثر من 500 قاعدة. علاوة على ذلك، ولأن عملية التصنيع نفسها غير قابلة للتنبؤ بشكل كامل، يجب على المصممين مراعاة طبيعتها الإحصائية . وقد أدى تعقيد تصميم الدوائر المتكاملة الحديثة، بالإضافة إلى ضغط السوق لإنتاج التصاميم بسرعة، إلى الاستخدام المكثف لأدوات أتمتة التصميم الإلكتروني (EDA) في عملية تصميم الدوائر المتكاملة. وقد أصبح تصميم بعض المعالجات معقدًا لدرجة يصعب معها اختباره بالكامل، مما تسبب في مشاكل لدى مزودي خدمات الحوسبة السحابية الكبار. [ 2 ] باختصار، يتكون تصميم دائرة متكاملة باستخدام برامج EDA من تصميم التعليمات التي ستنفذها الدائرة المتكاملة واختبارها والتحقق منها.

الأساسيات

يتضمن تصميم الدوائر المتكاملة تصنيع المكونات الإلكترونية، مثل الترانزستورات والمقاومات والمكثفات ، وربط هذه المكونات على شريحة من أشباه الموصلات، وعادةً ما تكون من السيليكون . يُعدّ عزل المكونات الفردية المُشكّلة في الركيزة ضروريًا ، نظرًا لأن السيليكون في الركيزة موصل للكهرباء، وغالبًا ما يُشكّل منطقة فعّالة للمكونات الفردية. الطريقتان الشائعتان هما عزل وصلة pn والعزل العازل . يجب إيلاء اهتمام خاص لتبديد الطاقة في الترانزستورات، ومقاومات التوصيلات البينية، وكثافة التيار في التوصيلات البينية، والموصلات، والفتحات ، لأن الدوائر المتكاملة تحتوي على أجهزة بالغة الصغر مقارنةً بالمكونات المنفصلة، ​​حيث تكون هذه المخاوف أقل أهمية. كما يُعدّ كلٌّ من الهجرة الكهربائية في التوصيلات المعدنية وتلف المكونات الصغيرة الناتج عن التفريغ الكهروستاتيكي من الأمور التي يجب مراعاتها. أخيرًا، يُعدّ التخطيط المادي لبعض أجزاء الدائرة أمرًا بالغ الأهمية، وذلك لتحقيق سرعة التشغيل المطلوبة، وفصل الأجزاء ذات الضوضاء العالية عن الأجزاء الهادئة في الدائرة المتكاملة، وموازنة تأثيرات توليد الحرارة عبر الدائرة المتكاملة، أو لتسهيل وضع التوصيلات بالدوائر الخارجية.

مخطط التصميم

الخطوات الرئيسية في عملية تصميم الدوائر المتكاملة

تتضمن دورة تصميم الدوائر المتكاملة النموذجية عدة خطوات:

  1. مواصفات النظام
    1. دراسة الجدوى وتقدير حجم القالب
    2. تحليل الوظائف
  2. التصميم المعماري أو تصميم النظام
  3. تصميم المنطق
    1. التصميم التناظري، والمحاكاة، والتخطيط
    2. التصميم والمحاكاة الرقمية
    3. محاكاة النظام، والمحاكاة، والتحقق
  4. تصميم الدوائر
    1. توليف التصميم الرقمي
    2. تصميم للاختبار وتوليد أنماط الاختبار التلقائي
    3. التصميم من أجل سهولة التصنيع
  5. التصميم المادي
    1. تخطيط الطوابق
    2. المكان والمسار
    3. استخراج الطفيليات
  6. التحقق المادي والتوقيع
    1. التوقيت الثابت
    2. المحاكاة المشتركة والتوقيت
  7. إعداد بيانات القناع (معالجة التخطيط اللاحقة)
    1. تشطيب رقائق الخشب باستخدام شريط لاصق
    2. تخطيط الشبكة
    3. التحضير من التصميم إلى القناع
  8. تصنيع الشبكة
  9. تصنيع قناع ضوئي
  10. تصنيع الرقائق
  11. التغليف
  12. اختبار القالب
    1. التحقق من صحة السيليكون ودمجه
    2. توصيف الجهاز
    3. قم بإجراء تعديلات (إذا لزم الأمر)
  13. نشر الرقائق
    1. إنشاء ورقة البيانات (عادةً ملف PDF )
    2. تكثيف
    3. إنتاج
    4. تحليل العائد / تحليل الضمان - الموثوقية
    5. تحليل حالات الفشل في أي عمليات إرجاع
    6. خطط لشريحة الجيل القادم باستخدام معلومات الإنتاج إن أمكن

يمكن استخدام حزم الأيونات المركزة أثناء تطوير الرقائق الإلكترونية لإنشاء وصلات جديدة داخل الرقاقة. [ 3 ] [ 4 ]

ملخص

بشكل عام، يمكن تقسيم تصميم الدوائر المتكاملة الرقمية إلى ثلاثة أجزاء.

تجدر الإشارة إلى أن الخطوة الثانية، وهي تصميم RTL، مسؤولة عن أداء الشريحة بالشكل الصحيح. أما الخطوة الثالثة، وهي التصميم المادي، فلا تؤثر على وظائف الشريحة إطلاقاً (إذا نُفذت بشكل صحيح)، ولكنها تحدد سرعة تشغيلها وتكلفتها.

تمثل الخلية القياسية عادةً بوابة منطقية واحدة ، أو ثنائيًا، أو مكونات منطقية بسيطة مثل القلابات، أو بوابات منطقية متعددة المدخلات. [ 5 ] يتيح استخدام الخلايا القياسية تقسيم تصميم الشريحة إلى مستويين: منطقي وفيزيائي. عادةً ما تعمل الشركات التي لا تمتلك مصانع تصنيع رقائق على التصميم المنطقي للشريحة فقط، حيث تحدد كيفية توصيل الخلايا ووظائف الشريحة، مع الالتزام بقواعد التصميم الخاصة بالمسبك الذي سيتم فيه تصنيع الشريحة. أما التصميم الفيزيائي للشريحة، أي الخلايا نفسها، فيتم عادةً بواسطة المسبك، ويشمل فيزياء الترانزستورات وكيفية توصيلها لتشكيل بوابة منطقية. تسمح الخلايا القياسية بتصميم الشرائح وتعديلها بسرعة أكبر للاستجابة لمتطلبات السوق، ولكن ذلك يأتي على حساب انخفاض كثافة الترانزستورات في الشريحة، وبالتالي زيادة حجمها. [ 5 ]

تُزوّد ​​مصانع أشباه الموصلات الشركاتَ التي لا تمتلك مصانع تصنيع، بمكتبات من الخلايا القياسية لأغراض التصميم ولتمكينها من تصنيع تصاميمها باستخدام مرافق المصنع. وقد يُقدّم المصنع مجموعة أدوات تصميم العمليات (PDK)، والتي قد تتضمن مكتبة الخلايا القياسية، بالإضافة إلى مواصفات الخلايا، وأدوات للتحقق من تصميم الشركة التي لا تمتلك مصانع تصنيع، وفقًا لقواعد التصميم التي يحددها المصنع، فضلًا عن محاكاته باستخدام خلايا المصنع. ويمكن تقديم مجموعات أدوات تصميم العمليات بموجب اتفاقيات عدم إفصاح. تتمتع وحدات الماكرو/الخلايا الماكرو/الكتل الماكرو، [ 6 ] ومصفوفات الخلايا الماكرو، وكتل الملكية الفكرية، بوظائف أكبر من الخلايا القياسية، وتُستخدم بطريقة مماثلة. يوجد نوعان من وحدات الماكرو: وحدات ماكرو برمجية ووحدات ماكرو صلبة. وعادةً ما تُوضع الخلايا القياسية بعد صفوف الخلايا القياسية.

دورة حياة التصميم

تبدأ عملية تطوير الدوائر المتكاملة بتحديد متطلبات المنتج، ثم تتطور عبر تحديد البنية، والتنفيذ، والتشغيل، وصولاً إلى الإنتاج. فيما يلي وصفٌ للمراحل المختلفة لعملية تطوير الدوائر المتكاملة. مع أن هذه المراحل معروضة هنا بشكل مبسط، إلا أنها في الواقع تتضمن تكراراً ، وقد تتكرر هذه الخطوات عدة مرات.

متطلبات

قبل تحديد بنية النظام ، يجب تحديد بعض أهداف المنتج الرئيسية. عادةً ما يتم وضع المتطلبات من قِبل فريق متعدد التخصصات يُعنى بفرص السوق ، واحتياجات العملاء، وجدوى المشروع، وغير ذلك الكثير. ينبغي أن تُسفر هذه المرحلة عن وثيقة متطلبات المنتج .

بنيان

تُحدد بنية النظام الهيكل الأساسي وأهدافه ومبادئه. كما تُحدد المفاهيم العامة والقيمة الجوهرية للمنتج. وتأخذ فرق هندسة النظام في الحسبان العديد من المتغيرات وتتواصل مع جهات متعددة. وعادةً ما يمتلك القائمون على هندسة النظام خبرة واسعة في التعامل مع الأنظمة في المجال الذي تُصمم من أجله هذه البنية. ويُعدّ مُخرَج مرحلة هندسة النظام هو المواصفات المعمارية .

البنية الدقيقة

تُعدّ البنية الدقيقة خطوةً أقرب إلى العتاد، إذ تُنفّذ البنية وتُحدّد آليات وهياكل مُحدّدة لتحقيق هذا التنفيذ. وتتمثّل نتيجة مرحلة البنية الدقيقة في مواصفات البنية الدقيقة التي تصف الأساليب المُستخدمة لتنفيذها.

تطبيق

في مرحلة التنفيذ، يُنشأ التصميم نفسه باستخدام مواصفات البنية الدقيقة كنقطة انطلاق. يشمل ذلك التعريف والتقسيم على مستوى منخفض، وكتابة التعليمات البرمجية ، وإدخال المخططات، والتحقق. تنتهي هذه المرحلة بوصول التصميم إلى مرحلة التصنيع النهائي .

ارفع

بعد تصميم النموذج الأولي وتصنيعه، يتم استلام المكونات المادية الفعلية، أو ما يُعرف بـ"السيليكون الأولي"، والتي تُنقل إلى المختبر حيث تخضع لعملية التشغيل التجريبي . تتضمن هذه العملية تشغيل النموذج واختباره وتحديد خصائصه في المختبر. تُجرى العديد من الاختبارات ، بدءًا من اختبارات بسيطة للغاية، مثل التأكد من تشغيل الجهاز، وصولًا إلى اختبارات أكثر تعقيدًا تهدف إلى اختبار قدرة المكون على تحمل ظروف تشغيل مختلفة. ينتج عن مرحلة التشغيل التجريبي توثيق بيانات الخصائص (مدى توافق أداء المكون مع المواصفات) وبيانات الأخطاء (السلوك غير المتوقع).

إنتاج المنتجات

تُعرف عملية تحويل التصميم إلى منتج تجاري بأنها نقل التصميم من مرحلة الهندسة إلى مرحلة الإنتاج الضخم. ورغم أن التصميم قد يكون قد استوفى مواصفات المنتج بنجاح في المختبر خلال مرحلة التطوير، إلا أن هناك العديد من التحديات التي يواجهها مهندسو المنتجات عند محاولة إنتاج هذه التصاميم بكميات كبيرة. يجب رفع إنتاج الدائرة المتكاملة إلى أحجام إنتاجية مقبولة. والهدف من مرحلة تحويل التصميم إلى منتج تجاري هو الوصول إلى أحجام إنتاج ضخمة بتكلفة مقبولة.

الاستدامة

بمجرد أن يكتمل تصميم المنتج ويصل إلى مرحلة الإنتاج بكميات كبيرة، يصبح من الضروري ضمان استدامته. يجب مراقبة العملية باستمرار ومعالجة المشكلات بسرعة لتجنب أي تأثير كبير على حجم الإنتاج. يهدف ضمان الاستدامة إلى الحفاظ على حجم الإنتاج وخفض التكاليف باستمرار حتى يصل المنتج إلى نهاية عمره الافتراضي .

عملية التصميم

التصميم المعماري الدقيق وتصميم النظام

تبدأ عملية تصميم الرقاقة الأولية بتصميم النظام وتخطيط البنية الدقيقة. في شركات تصميم الدوائر المتكاملة، تقوم الإدارة، وغالبًا قسم التحليلات، بصياغة مقترح لفريق تصميم لبدء تصميم رقاقة جديدة تناسب قطاعًا صناعيًا محددًا. يجتمع كبار المصممين في هذه المرحلة لتحديد كيفية عمل الرقاقة وظيفيًا. في هذه الخطوة، يتم تحديد وظائف الرقاقة المتكاملة وتصميمها. يحدد مصممو الدوائر المتكاملة المتطلبات الوظيفية، وبيئات اختبار التحقق، ومنهجيات الاختبار للمشروع بأكمله، ثم يحولون التصميم الأولي إلى مواصفات على مستوى النظام يمكن محاكاتها بنماذج بسيطة باستخدام لغات مثل C++ و MATLAB وأدوات المحاكاة. بالنسبة للتصاميم الجديدة كليًا، تُعد مرحلة تصميم النظام هي المرحلة التي يتم فيها تخطيط مجموعة التعليمات والعمليات، وفي معظم الرقاقات، يتم تعديل مجموعات التعليمات الحالية لإضافة وظائف جديدة. غالبًا ما يتضمن التصميم في هذه المرحلة عبارات مثل " الترميز بتنسيق MP3 " أو "تنفيذ حسابات الفاصلة العائمة وفقًا لمعيار IEEE" . في المراحل اللاحقة من عملية التصميم، تتوسع كل عبارة من هذه العبارات البسيطة ظاهريًا لتشمل مئات الصفحات من الوثائق النصية.

تصميم RTL

بعد الاتفاق على تصميم النظام، يقوم مصممو لغة وصف الأجهزة (RTL) بتنفيذ النماذج الوظيفية باستخدام لغة وصف الأجهزة مثل Verilog أو SystemVerilog أو VHDL . وباستخدام مكونات التصميم الرقمي مثل الجامعات والمحولات وآلات الحالة، بالإضافة إلى مفاهيم هندسة الحاسوب مثل خطوط الأنابيب والتنفيذ فائق التوازي وتوقع التفرعات ، يقوم مصممو RTL بتقسيم الوصف الوظيفي إلى نماذج أجهزة للمكونات الموجودة على الشريحة والتي تعمل معًا. يمكن أن تتحول كل عبارة بسيطة موصوفة في تصميم النظام بسهولة إلى آلاف الأسطر من كود RTL ، ولهذا السبب يصعب للغاية التحقق من أن RTL سيعمل بشكل صحيح في جميع الحالات المحتملة التي قد يواجهها المستخدم.

لتقليل عدد أخطاء الوظائف، يقوم فريق متخصص في التحقق من الأجهزة بأخذ تصميم RTL وتصميم بيئات وأنظمة اختبار للتحقق من أن RTL يؤدي نفس الخطوات فعليًا في ظل ظروف مختلفة، وهو ما يُصنف ضمن مجال التحقق الوظيفي . تُستخدم تقنيات عديدة، ليست جميعها مثالية، ولكنها مفيدة ، مثل المحاكاة المنطقية المكثفة ، والأساليب الرسمية ، ومحاكاة الأجهزة ، وفحص الكود باستخدام أدوات مثل Lint ، وتغطية الكود ، وغيرها. يمكن إجراء عمليات التحقق، كتلك التي تُجرى بواسطة المحاكيات، في مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGAs) أو معالجات خاصة، [ 7 ] [ 8 ] وقد حلت المحاكاة محل المحاكاة التقليدية. في البداية، كانت المحاكاة تُجرى عن طريق محاكاة البوابات المنطقية في الرقائق، ولكن لاحقًا، أصبحت تُجرى محاكاة تصميمات RTL في الرقائق. [ 9 ] لا تزال المحاكاة تُستخدم عند تصميم الرقائق التناظرية. [ 10 ] تُستخدم منصات النماذج الأولية لتشغيل البرامج على نماذج أولية لتصميم الرقاقة أثناء تطويرها باستخدام FPGAs، ولكنها أبطأ في التكرار أو التعديل، ولا يمكن استخدامها لتصور إشارات الأجهزة كما ستظهر في التصميم النهائي. [ 11 ]

خطأ بسيط هنا قد يجعل الشريحة بأكملها عديمة الفائدة، أو ما هو أسوأ. تسبب خطأ قسمة الأعداد الصحيحة في معالج بنتيوم الشهير في أن تكون نتائج القسمة خاطئة بنسبة تصل إلى 61 جزءًا في المليون، في حالات نادرة الحدوث. لم يلاحظ أحد هذا الخطأ إلا بعد أشهر من بدء إنتاج الشريحة. ومع ذلك، اضطرت شركة إنتل إلى عرض استبدال كل شريحة مباعة مجانًا حتى تتمكن من إصلاح الخطأ، بتكلفة بلغت 475 مليون دولار أمريكي. [ 12 ]

التصميم المادي

خطوات التصميم المادي ضمن عملية التصميم الرقمي

إنّ RTL مجرد نموذج سلوكي للوظائف الفعلية التي من المفترض أن تعمل الشريحة وفقها. ولا يرتبط هذا النموذج بأي جانب فيزيائي لكيفية عمل الشريحة في الواقع العملي من حيث المواد والفيزياء والهندسة الكهربائية. ولهذا السبب، فإنّ الخطوة التالية في عملية تصميم الدوائر المتكاملة، وهي مرحلة التصميم الفيزيائي ، هي تحويل RTL إلى تمثيلات هندسية فعلية لجميع الأجهزة الإلكترونية، مثل المكثفات والمقاومات والبوابات المنطقية والترانزستورات التي ستُركّب على الشريحة.

تُدرج أدناه الخطوات الرئيسية للتصميم المادي. عمليًا، لا يوجد تسلسل مباشر، بل يتطلب الأمر تكرارًا كبيرًا لضمان تحقيق جميع الأهداف في آن واحد. هذه مشكلة معقدة بحد ذاتها، تُعرف باسم " إغلاق التصميم" .

التصميم التناظري

قبل ظهور المعالجات الدقيقة وأدوات التصميم البرمجية، كانت الدوائر المتكاملة التناظرية تُصمم باستخدام الحسابات اليدوية ومكونات مجموعات المعالجة. كانت هذه الدوائر بسيطة، مثل مضخمات العمليات ، وعادةً ما لا تتجاوز عشرة ترانزستورات وعددًا قليلًا من الوصلات. غالبًا ما كانت عملية التجربة والخطأ المتكررة و"التصميم المفرط" لحجم الجهاز ضرورية للحصول على دائرة متكاملة قابلة للتصنيع. سمحت إعادة استخدام التصاميم المجربة ببناء دوائر متكاملة أكثر تعقيدًا تدريجيًا بالاعتماد على المعرفة السابقة. عندما أصبحت معالجة الحواسيب منخفضة التكلفة متاحة في سبعينيات القرن الماضي، كُتبت برامج حاسوبية لمحاكاة تصميمات الدوائر بدقة أكبر مما كان ممكنًا عمليًا باستخدام الحسابات اليدوية. أول برنامج لمحاكاة الدوائر مصمم خصيصًا للدوائر المتكاملة كان يُسمى SPICE (برنامج المحاكاة مع التركيز على الدوائر المتكاملة)، وقد صدر عام 1973. ولا تزال البرامج اللاحقة له تهيمن على سوق التصميم التناظري. تُمكّن أدوات محاكاة الدوائر المحوسبة هذه من تصميم دوائر متكاملة أكثر تعقيدًا مما يمكن تحقيقه بالحسابات اليدوية، مما يجعل تصميم الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات التناظرية عمليًا.

نظراً لضرورة مراعاة العديد من القيود الوظيفية في تصميم الدوائر التناظرية، لا يزال التصميم اليدوي شائعاً حتى اليوم، على عكس التصميم الرقمي الذي يتميز بأتمتة عالية، بما في ذلك التوجيه والتوليف الآليين. [ 14 ] ونتيجة لذلك، تتميز عمليات التصميم الحديثة للدوائر التناظرية بنمطين مختلفين: التصميم من أعلى إلى أسفل والتصميم من أسفل إلى أعلى. [ 15 ] يعتمد نمط التصميم من أعلى إلى أسفل على أدوات التحسين المشابهة لعمليات التصميم الرقمي التقليدية. أما إجراءات التصميم من أسفل إلى أعلى، فتعيد استخدام "معرفة الخبراء" من خلال حلول تم ابتكارها مسبقاً وتوثيقها في وصف إجرائي، محاكاةً لقرار الخبير. [ 15 ] ومن الأمثلة على ذلك مولدات الخلايا، مثل خلايا PCells .

التعامل مع التباين

يُعدّ تباين خصائص الأجهزة الفردية المُصنّعة على رقاقة أشباه الموصلات أحد أهم التحديات في تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية. فعلى عكس تصميم الدوائر على مستوى اللوحة، الذي يسمح للمصمم باختيار أجهزة تم اختبارها وتصنيفها وفقًا لقيمها، فإن قيم الأجهزة على الدائرة المتكاملة قد تتباين بشكل كبير بطرق خارجة عن سيطرة المصمم. على سبيل المثال، قد تختلف مقاومات الدوائر المتكاملة المصممة بنفس الشكل بنسبة ±20%، وقد تتراوح قيمة β (الكسب) لترانزستور ثنائي القطبية المتكامل من 20 إلى 100. وفي أحدث عمليات تصنيع CMOS، قد تنخفض قيمة β لترانزستورات PNP الرأسية إلى أقل من 1. ومما يزيد من صعوبة التصميم، أن خصائص الأجهزة غالبًا ما تختلف بين كل رقاقة أشباه موصلات مُعالجة. بل قد تختلف خصائص الأجهزة بشكل كبير داخل الدائرة المتكاملة الواحدة بسبب تدرجات التطعيم . والسبب الرئيسي لهذا التباين هو أن العديد من أجهزة أشباه الموصلات حساسة للغاية للتغيرات العشوائية غير القابلة للتحكم في عملية التصنيع. فالتغييرات الطفيفة في زمن الانتشار، ومستويات التطعيم غير المتساوية، وما إلى ذلك، قد يكون لها تأثيرات كبيرة على خصائص الجهاز.

بعض تقنيات التصميم المستخدمة لتقليل تأثيرات اختلاف الجهاز هي: [ 16 ]

  • استخدام نسب المقاومات، التي تتطابق بشكل وثيق، بدلاً من القيمة المطلقة للمقاومة.
  • استخدام أجهزة ذات أشكال هندسية متطابقة بحيث يكون لها اختلافات متطابقة.
  • صنع أجهزة كبيرة بحيث تصبح الاختلافات الإحصائية جزءًا ضئيلاً من خصائص الجهاز الإجمالية.
  • تقسيم الأجهزة الكبيرة، مثل المقاومات، إلى أجزاء ودمجها معًا لإلغاء الاختلافات.
  • استخدام تخطيط الجهاز ذي المركز المشترك لإلغاء الاختلافات في الأجهزة التي يجب أن تتطابق بشكل وثيق (مثل زوج الترانزستور التفاضلي لمضخم العمليات ).

البائعون

أكبر ثلاث شركات تبيع أدوات أتمتة التصميم الإلكتروني هي Synopsys و Cadence و Mentor Graphics (التي أصبحت الآن Siemens EDA). [ 17 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ باركر براكوس (17 مايو 2022). "الدوائر المتكاملة التناظرية: فهم أهميتها ووظائفها وتطبيقاتها" . كواركتوين - عبر www.quarktwin.com.
  2. ↑ "للعلم: رقائق الكمبيوتر اليوم متطورة للغاية، فهي أكثر "تقلبًا" من كونها دقيقة - وهذا هو الدليل" .
  3. ↑ جاكوب ريدلي (26 ديسمبر 2022). "داخل إنتل: إليك ما يدخل في صناعة معالج ألعاب متطور" . بي سي غيمر - عبر www.pcgamer.com.
  4. ↑ شيمبي، أناند لال. "داخل إنتل: من السيليكون إلى العالم" . www.anandtech.com . مؤرشف من الأصل في 21 أبريل 2010.
  5. 1 2 تشين، واي كاي (3 أكتوبر 2018). دليل VLSI . مطبعة CRC. ISBN 978-1-4200-0596-7.
  6. ^ توكودا، ت. كوريماتسو، J .؛ شيمازو، Y.؛ ساكاشيتا، ن.؛ كينجاكو، T.؛ فوجياما، T.؛ أونو، ت. توميساوا، أو. (7 ديسمبر 1988). “نهج الخلايا الكبيرة لتصميم معالج VLSI”. معاملات IEEE حول التصميم بمساعدة الكمبيوتر للدوائر والأنظمة المتكاملة . 7 (12): 1272– 1277. بيب كود : 1988ITCAD...7.1272T . دوى : 10.1109/43.16805 .
  7. ↑ "كادنس تقدم بالاديوم إكس بي 2" . 18 فبراير 2024.
  8. ↑ "معالجات لمحاكاة المعالجات: بالاديوم 2 | متحف CPU Shack" . 21 أكتوبر 2016.
  9. ↑ "المحاكاة القائمة على المعاملات" . 24 مارس 2024.
  10. ↑ "كادنس ترد على سينوبسيس بأداة جديدة لمحاكاة الدوائر" . 21 مايو 2021.
  11. ↑ "أول محاكيات الربيع" . 13 أبريل 2021.
  12. ↑ "التقرير السنوي لعام 1994" . إنتل. 20 يونيو 2020. مؤرشف من الأصل في 26 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه في 20 يونيو 2020 . وجاء في التقرير: "رسوم قبل الضريبة بقيمة 475 مليون دولار  ... لتغطية استبدال وشطب هذه المعالجات الدقيقة".
  13. ↑ ج. لينيغ، ج. شيبيلي (2020). "الفصل 3.3: بيانات القناع: معالجة ما بعد التخطيط". أساسيات تصميم تخطيط الدوائر الإلكترونية . سبرينغر. ص 102-110 . doi : 10.1007/978-3-030-39284-0 . ISBN  978-3-030-39284-0. S2CID 215840278 . 
  14. ↑ هورويتز، مارك أ؛ جيراديت، ميثا؛ لاو، فرانسيس؛ لياو، سابرينا؛ ليم، بيونغ تشان؛ ماو، جيمس. "التصميم الرقمي التناظري" (ملف PDF) . قسم الهندسة الكهربائية بجامعة ستانفورد.
  15. 1 2 ج. لينيج، ج. شيبيلي (2020). "الفصل 4.6: تدفقات التصميم التناظري والرقمي". أساسيات تصميم تخطيط الدوائر الإلكترونية . سبرينغر. ص 151-159 . doi : 10.1007/978-3-030-39284-0 . ISBN  978-3-030-39284-0. S2CID 215840278 . 
  16. ↑ باسو، جويديب (9 أكتوبر 2019). "من التصميم إلى التصنيع النهائي في تقنية تصنيع الدوائر المتكاملة CMOS بتقنية SCL 180 نانومتر". مجلة IETE للتعليم . 60 (2): 51-64 . arXiv : 1908.10674 . doi : 10.1080/09747338.2019.1657787 . S2CID 201657819 . 
  17. ↑ "تطورات نماذج التصميم بمساعدة الحاسوب المتعددة" (ملف PDF) . اتجاهات سوق تصميم الدوائر المتكاملة بمساعدة الحاسوب 2015. 11-07-2015.

للمزيد من القراءة

  • دليل أتمتة التصميم الإلكتروني للدوائر المتكاملة ، من تأليف لافاجنو ومارتن وشيفر، رقم ISBN 0-8493-3096-3دراسة استقصائية لمجال أتمتة التصميم الإلكتروني ، وهو أحد العوامل الرئيسية التي تمكّن تصميم الدوائر المتكاملة الحديثة.