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【6h】

基于65纳米制造工艺的ARM9核后端物理设计

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目录

摘要

Abstract

符号说明

第一章 引言

1.1 课题背景

1.2 课题的市场价值

1.3 本论文的主要内容

第二章 IC 后端设计介绍

2.1 前端设计主要步骤简介

2.2 后端设计主要步骤介绍

2.2.1 可测性设计(DFT)

2.2.2 形式验证(FM)

2.2.3 布局规划(Floorplan)

2.2.4 物理综合(Physical Synthesis)

2.2.5 时钟树(Clock Tree)

2.2.6 功耗分析(Power)

2.2.7 寄生参数提取(RC extraction)

2.2.8 时序收敛(Timing closure)

2.2.9 信号完整性的挑战(Signal Integrity)

2.2.10 可制造性设计、面向良率的设计(DFM/DFY)

2.2.11 物理验证(PV)

第三章 基于65 纳米工艺的 ARM9 核的后端物理实现

3.1 课题 ARM9 核设计流程和目标

3.1.1 ARM9 核设计流程

3.1.2 ARM9 核设计目标

3.2 可测性设计

3.2.1 ARM9 可测性设计模式的配置

3.2.2 ARM9 核 Scan 电路的插入及其仿真

3.2.3 ARM9 核 MBist 电路的插入及其仿真

3.2.4 DFT 测试电路造成的额外开销分析

3.2.5 DFT 的时序约束文件的产生

3.3 布局规划

3.3.1 ARM9 核的布局规划尝试

3.3.2 65 纳米工艺下 ARM9 核布局规划的特殊考量

3.3.3 ARM9 核的布局规划结果分析

3.4 物理综合

3.4.1 ICC 工具的简介

3.4.2 ARM9 核的 ICC 物理综合及其结果分析

3.4.3 65 纳米工艺漏电流问题在物理综合时的优化

3.5 时钟树综合

3.5.1 ARM9 时钟结构

3.5.2 ARM9 核时钟树的形成及其结果分析

3.5.3 65 纳米下时钟树性能指标的选择讨论

3.6 寄生参数提取

3.6.1 65 纳米工艺寄生参数的复杂性

3.6.2 ARM9 实验采用寄生参数提取流程

3.7 功耗分析

3.7.1 ARM9 核电源网络功耗分析流程

3.7.2 ARM9 核电源网络功耗分析

3.8 时序收敛

3.8.1 ARM9 核的时序收敛流程

3.8.2 ARM9 核的时序收敛报告

3.8.3 65 纳米工艺下时序收敛流程以及设计余量的讨论

3.9 形式验证

3.9.1 ARM9 核后端设计的形式验证

3.9.2 ARM9 核后端设计中形式验证的等价方法

3.10 物理验证

3.10.1 ARM9 DRC 验证

3.10.2 ARM9 LVS 验证

第四章 65 纳米工艺下 ARM9 核后端设计的挑战

4.1 信号完整性

4.1.1 信号完整性的现象

4.1.2 ARM9 核信号完整性问题防治方法

4.1.3 ARM9 核与外界的信号完整性防治

4.1.4 ARM9 核内部的信号完整性预防措施

4.1.5 ARM9 核内部的信号完整性修正方法

4.2 可制造性设计、面向良率的设计

4.2.1 DFM/DFY 优化的必要性

4.2.2 ARM9 核 DFM/DFY 优化

4.2.3 DFM/DFY 后良率提升研究

第五章 65 纳米工艺与90 纳米工艺的比较

5.1 比较的前提

5.2 比较的结果及其分析

第六章 结论

参考文献

附录 A. DFT Complier 插入 Scan 电路脚本

附录 B. MbistArchitecture 插入 Mbist 电路脚本

附录 C. ICC 漏电流优化脚本

附录 D. RedHawk 功耗分析脚本

附录 E. PTSI 时序分析分析脚本

致谢

攻读硕士研究生期间所发表的学术论文

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摘要

随着嵌入式应用的不断发展,基于先进制造工艺的嵌入式ARM SoC系统以其高性能、低成本的特征成为了芯片研究与开发的热点,设计一个具有市场价值的ARM核具有很大的实用意义。本课题以移动通讯设备应用为背景,完成了一个基于65纳米制造工艺的ARM9核IP的后端物理设计。设计主要有可测试性设计、布局、物理综合、时序和信号完整性分析、可制造性设计等五个主要部分。在可测试性设计阶段进行了Scan和MBist电路的插入及验证工作,测试电路的额外开销仅为7%左右;在布局阶段,综合考虑了面积,功耗和信号完整性等因素,给出了ARM9核的物理尺寸为宽1100微米,高1200微米;在物理综合阶段,利用合理的设计优化流程,基本达到了400MHz的时钟频率要求,同时利用多阈值电压库使静态漏电流下降了大约38%;在时序和信号完整性分析阶段,利用核内外双管齐下的方法解决了ARM9核在应用中可能出现的信号完整性问题及其对时序的影响,将核内噪声控制在0.36V的阈值范围之内;在可制造性设计阶段,采用了通孔优化,关键区域分析等方法使良率得到了提升,其中仅关键区域分析一项就可以使ARM9核良率提升0.39%。课题还对65纳米与90纳米工艺下的ARM9核的各项参数与性能进行比较和分析,明确量化了65纳米制造工艺给ARM9核的固化带来的各项性能提升,其中ARM9核面积下降了27.43%,频率提升了37.5%。在课题实现中,借助了先进的制造工艺,应用了完善的设计流程,因此本课题最终实现的ARM9核具有较高的性能,核心工作频率达到400MHz,总功耗仅为301毫瓦,具有一定的市场竞争能力。

著录项

  • 作者

    韩竞春;

  • 作者单位

    上海交通大学;

  • 授予单位 上海交通大学;
  • 学科 数字集成电路
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 何卫锋;
  • 年度 2010
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类
  • 关键词

    ARM9,后端,物理设计,65纳米,可制造性设计;

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