如何设计可(kě)靠的模拟ASIC

2020-09-19

在電(diàn)路板和组件的设计之间可(kě)能(néng)存在类似的脱节。这是可(kě)以理(lǐ)解的，因為(wèi)通常选择组件进行電(diàn)路板设计，然后有(yǒu)效地放置它们以实现最佳操作。IC通常位于这些选定的组件中。但是，有(yǒu)时需要特殊功能(néng)并且必须设计IC。可(kě)能(néng)令人惊讶，但是设计这些设备与设计PCBA有(yǒu)很(hěn)多(duō)共同点。在查看了通用(yòng)的专用(yòng)IC（ASIC）之后，我们将比较電(diàn)路板和模拟ASIC设计，以确定如何最好地设计这些特殊组件以提高可(kě)靠性。 

如果您提到IC设计的主题，首先想到的可(kě)能(néng)是带有(yǒu)类似组件的芯片，这些组件可(kě)以属于以下类别之一。

IC类别

→小(xiǎo)规模集成（SSI）： <100个组件或≅10个逻辑门

→中规模集成（MSI）： <500个组件或10-100个逻辑门

→大规模集成（LSI）： 500-300000个组件或> 100个逻辑门

→超大规模集成（VLSI）： > 300000组件

条款如非常非常大规模集成（VVLSI）和超大规模集成電(diàn)路（ULSI）有(yǒu)时用(yòng)来指示更大的器件密度，但它是使用(yòng)VLSI作為(wèi)笼统的词所有(yǒu)这些比较常见的。

除了基于规模的分(fēn)类之外，IC还根据定制量进行分(fēn)类。可(kě)以进行某种程度的定制的IC被称為(wèi)ASIC，因為(wèi)它们允许或要求设计人员针对特定功能(néng)或应用(yòng)定制IC，如下所示。

ASIC类型

➢全定制

➢半定制

      •门阵列

      •标准单元

➢可(kě)编程 

      •FPGA

      •PLD

列出的示例（包括FPGA和PLD）是非常常见的ASIC，其用(yòng)法消除了设计人员的设计责任，例如IC和IC封装设计中的组件放置。

设计板与设计ASIC组件

取决于应用(yòng)程序所需的ASIC类型，其设计可(kě)能(néng)与设计PCB布局非常相似，如下表所示。

PCBA和ASIC设计的比较
要求	印刷電(diàn)路板	全定制ASIC	半定制ASIC	可(kě)编程ASIC
IC封装选择	是	是	是	是
IC封装设计	没有(yǒu)	可(kě)能(néng)*	没有(yǒu)	没有(yǒu)
元件选择	是	是	没有(yǒu)	没有(yǒu)
布局和布線(xiàn)	是	是	变化	没有(yǒu)
電(diàn)源和接地	是	是	是	是
间距和间隙限制注意事项	是	是	没有(yǒu)	没有(yǒu)

*可(kě)以选择标准IC封装，也可(kě)以设计全新(xīn)的封装。

如上所示，ASIC的设计与PCBA布局的设计可(kě)比。对于完全定制的ASIC设计，几乎没有(yǒu)什么區(qū)别，而对于可(kě)编程ASIC，则只有(yǒu)最小(xiǎo)的布局要求。相反，对于FPGA和PLD，具有(yǒu)挑战性的任務(wù)是选择适当的互连和外部组件以实现所需的操作功能(néng)。无论哪种情况，可(kě)靠的操作始终是首要目标。

模拟ASIC可(kě)靠性设计

半定制和可(kě)编程ASIC主要由晶體(tǐ)管组成，而晶體(tǐ)管由逻辑门组成。因此，在最基本的水平上，这些组件可(kě)作為(wèi)数字设备运行。但是，ASIC通常是可(kě)与模拟和数字電(diàn)路一起使用(yòng)的混合信号组件。在这种情况下，这些组件可(kě)以称為(wèi)模拟ASIC。设计这些组件时，必须考虑许多(duō)与模拟PCBA设计相同的问题，如下所示。  

模拟ASIC设计技巧

∿确定最佳包装类型

IC封装类型的选择很(hěn)重要，因為(wèi)它决定了是否需要定制设计。如果有(yǒu)可(kě)能(néng)，最好选择预先存在的包装设计。IC封装设计是一项高级功能(néng)，需要您使用(yòng)正确的PCB设计工具。

组件包设计向导。

∿确保布局通过DRC

如果需要布線(xiàn)和布局，则至关重要的是，按照PCBA设计的要求进行设计，以优化信号完整性并最小(xiǎo)化EMI问题。实现此目的的最佳方法是利用(yòng)ASIC的DRC指南。就像電(diàn)路板设计一样，需要对ASIC设计的可(kě)制造性进行验证。∿进行仿真和分(fēn)析

优化ASIC开发的最佳方法之一是在设计过程中和制造之前确保性能(néng)和功能(néng)。為(wèi)此，如下所示通过使用(yòng)PSpice之类的工具通过仿真来分(fēn)析设计。