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集成电路设计的硬件实现


  对于不同的集成电路设计要求,工程师可以选择在可编程逻辑器件(如现场可编程逻辑门阵列)或专用集成电路上进行硬件电路实现。根据集成电路设计的出发点及约束,可以分为全定制设计和半定制设计(使用门阵列、标准元件或宏单元等)两大类。
  可编程逻辑器件
  主条目:可编程逻辑器件
  参见:复杂可编程逻辑器件、可编程阵列逻辑、可编程逻辑阵列、通用阵列逻辑及现场可编程逻辑门阵列
  可编程逻辑器件通常由半导体厂家提供商品芯片,这些芯片可以通过JTAG等方式和计算机连接,因此设计人员可以用电子设计自动化工具来完成设计,然后将利用设计代码来对逻辑芯片编程。可编程逻辑阵列芯片在出厂前就提前定义了逻辑门构成的阵列,而逻辑门之间的连接线路则可以通过编程来控制连接与断开。随着技术的发展,对连接线的编程可以通过EPROM(利用较高压电编程、紫外线照射擦除)、EEPROM(利用电信号来多次编程和擦除)、SRAM、闪存等方式实现。现场可编程逻辑门阵列是一种特殊的可编程逻辑器件,它的物理基础是可配置逻辑单元,由查找表、可编程多路选择器、寄存器等结构组成。查找表可以用来实现逻辑函数,如三个输入端的查找表可以实现所有三变量的逻辑函数。
  专用集成电路
  主条目:专用集成电路
  专用集成电路只能在整个集成电路设计完成之后才能开始制造,而且需要专业的半导体工厂的参与。不像可编程逻辑器件可以实现各种不同的电路,专用集成电路是根据已设计的电路版图量身定做的,设计人员对于元件在芯片上的位置和连接能够有更多的控制权,而不像可编程逻辑器件途径,只能选择使用其中部分硬件资源,从而无法避免资源浪费,因此专用集成电路的面积、功耗、时序特性可以得到更好的优化。然而,专用集成电路的设计会更加复杂,并且需要专业的半导体工艺厂家才能将版图文件制造成电路。一旦专用集成电路芯片制造完成,就不能像可编程逻辑器件那样对电路的逻辑功能进行重新配置。对于单个产品,在专用集成电路上实现集成电路的经济、时间成本都比可编程逻辑器件高,因此在早期的设计与调试过程中,常用可编程逻辑器件,尤其是现场可编程逻辑门阵列;如果所设计的集成电路将要在后期大量投产,那么批量生产专用集成电路将会更经济。
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