现代电子产品的复杂度日益增加,一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构成,这就带来了体积大、功耗大、可靠性差的问题,解决这一问题的有效方法就是采用ASIC芯片进行设计。ASIC是相对于通用集成电路而言的,主要指用于某一专门用途的集成电路器件。ASIC按照设计方法的不同可分为:全定制ASIC和半定制ASIC。
设计全定制ASIC芯片时,设计师要定义芯片上所有晶体管的几何图形和工艺规则,最后将设计结果交由IC厂家掩膜制造完成。其优点是:芯片可以获得最优的性能,即面积利用率高、速度快、功耗低。如果设计较为理想,全定制ASIC芯片比半定制ASIC芯片的运行速度更快。其缺点是:开发周期长,费用高,只适合大批量产品开发。
半定制ASIC芯片使用库里的标准逻辑单元(Standard Cell),设计时可以从标准逻辑单元库中选择SSI(门电路)、MSI(如加法器、比较器等)、数据通路(如ALU、存储器、总线等)、存储器甚至系统级模块(如乘法器、微控制器等)和IP核,这些逻辑单元已经布局完毕,而且设计得较为可靠,设计者可以较方便地完成系统设计。半定制ASIC芯片的板图设计方法与全定制ASIC芯片有所不同,分为门阵列设计法、标准单元设计法和可编程逻辑器件法。前两种方法都是约束性的设计方法,其主要目的是简化设计,以牺牲芯片性能为代价缩短开发时间。可编程逻辑芯片与掩膜ASIC的不同之处在于:设计人员完成板图设计后,在实验室内就可以烧制出芯片,无需IC厂家的参与,大大缩短了开发周期。
可编程ASIC是专用集成电路发展的另一个有特色的分支,它主要利用可编程集成电路,如PROM、GAL、PLD、CPLD、FPGA等或逻辑阵列编程,得到ASIC。其主要特点是直接通过软件设计编程,完成ASIC电路功能,不需要通过集成电路工艺线加工。
可编程逻辑器件自20世纪70年代以来,经历了PAL、GAL、CPLD、FPGA几个发展阶段,其中FPGA/CPLD属高密度可编程逻辑器件,目前集成度已高达200万门/片。它将掩膜ASIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起,特别适合样品研制或小批量产品开发,使产品能以最快的速度上市。上述ASIC芯片,尤其是FPGA/CPLD器件,已成为现代高层次电子设计方法的实现载体。其适合开发周期短、有一定复杂性和电路规模的数字电路设计,尤其适合从事电子系统设计的工程人员利用EDA工具进行ASIC设计。
使用FPGA/CPLD设计专用集成电路的方法,即可编程ASIC,其发展将呈现以下几个方面的趋势:
(1)向密度更高、速度更快、频带更宽的百万门方向发展。(www.xing528.com)
(2)向系统内可重构的方向发展,以提高灵活性和适应性。
(3)向器件的高速、可预测延时的方向发展,以适应未来复杂高速电子系统的要求。
(4)向混合可编程技术的方向发展,以满足模拟电路和数模混合电路的可编程发展的需要。
(5)向嵌入式通用标准功能模块的方向发展,以方便用户设计和特殊功能应用。
(6)向低电压、低功耗的绿色元件的方向发展,以适应全球环保潮流。
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