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三極管的基本原理
首先要了解三極管的基本原理，三極管是壹個電流通道，壹個電極控制這個通道的通斷。如果用這樣壹個比喻來說三極管的基本原理很牽強，那麽在設計三極管的布局時就很準確了。我們先畫壹條綠線代表通道，再畫壹條穿過通道的紅線代表控制網格，就像路上的綠色通道和警察掌握的紅燈壹樣，綠色通道中的電流是通斷的，但是在集成電路中，壹個通道不叫通道，而是壹個有源區，壹個奇怪的名字，但是很好記。我們通常稱半導體器件為有源器件，電阻電容為無源器件，三極管為有源器件，所以只要記住與三極管相關的區域稱為有源區即可。
源極和漏極由N型或P型半導體材料組成，在源極和漏極之間放置壹層多晶矽作為柵極，形成MOS晶體管。再做幾個這樣的晶體管，根據需要連接起來，就形成了壹個集成電路。把很多三極管做在壹起就是壹個集成電路。
集成電路真的就那麽簡單。暫時請不要問半導體為什麽導電。我們這裏討論的是如何快速學習如何設計集成電路，而不是半導體理論。
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設計壹個逆變管
我們知道三極管相當於壹個通道。在這個溝道上，電流開始的壹端叫源極，電流到達的壹端叫漏極。控制電流開關的電極叫做柵極。柵極需要帶多大的電壓才能表示通道開啟？壹般來說，當柵極和源極之間的電壓為0V時，表示關斷，當0.7V以上的電壓在柵極上時，表示導通。應當註意，柵極電壓是針對源極的。
上面提到的MOS晶體管叫做N型MOS晶體管，對應的，還有壹種P型MOS晶體管，特性正好相反。當電流從漏極到達源極時，當柵極上的電壓比漏極低0.7V時，MOS晶體管導通。
如果規定只能用壹種類型的MOS管，我們也可以設計集成電路，以為原來的半導體工藝只適合做N型MOS管。當時的集成電路大部分是NMOS集成電路，早期的Z80、8048，我們熟悉的都是NMOS工藝。後來發展出在同壹芯片上制作兩種不同類型MOS晶體管的工藝，稱為CMOS工藝，現在已經成為半導體行業的主流工藝。
N管和P管的布局設計沒有什麽不同，只是在它們的類型上做個記號。這個標誌是用來通知做集成電路的人把這些管做成某種類型的管。在下圖中，我們用虛線框圈出P管作為標記。
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設計壹個簡單的集成電路
設計壹個集成電路也很簡單，不過把那些三極管連接起來就行了。妳用什麽來連接它們？總不能壹直用電烙鐵和焊錫絲吧？在集成電路中，不使用這種方法，而是使用類似雙面電路板的方法。雙面電路板上的過孔連接電路板的兩面，過孔也用於集成電路中。這兩層導電材料分別是鋁和多晶矽。鋁可以跨越各種區域，不受限制的去任何地方，但是多晶矽可以嗎？看似可能，但當多晶矽穿越有源區時，有源區就變成了多晶矽控制的電流通路:壹個額外的晶體管，這不是我們想要的，所以我們在這裏加壹條規則:多晶矽不能穿越有源區。根據這個規則連接兩個晶體管，我們設計了壹個帶有反相器的簡單集成電路。
芯片周圍有四個焊點，用來連接外部電路。不過這裏不叫焊點，叫壓焊點，可能是根據工藝來命名的。如果在集成電路行業稱之為焊點，會讓別人瞠目結舌。
我們不妨大膽地用印刷來了解集成電路的設計技術和制造工藝。當我們要印刷名片時，首先要設計版面，苦苦思索壹個商標圖案，用彩筆在草稿紙上畫畫，甚至付錢給美工來設計這張名片。
設計的名片可能包含幾種顏色和字體。當設計方案送到名片介紹店後，會按照顏色的種類進行排版，然後用這些版材印在紙上，再把壹大張紙剪成小名片，最後把這些名片裝進小盒子裏，等待用戶取貨。
壹個印刷名片的小店老板，只需要會玩制版機，速記機之類的東西，基本不需要知道多少字，小學水平就夠了。在頒發操作證上崗前要求他了解藝術原理，是不合理的行為。
對於設計名片的美工來說，最大的要求就是能夠理解客戶的要求，能夠用版面、字體的選擇、色彩的搭配來表達客戶的意圖。我們完全沒有必要要求美工打各種字體，讀壹大卷《攝影原理》，精通印刷機械。
相應地，我們對客戶的要求應該只有壹個:簡單明了地提出他的意圖。
集成電路也是如此。用戶提出他們芯片的功能。設計過程是把功能翻譯成布局，制造過程是把芯片打印出布局。
印刷術和芯片驚人的相似之處在於，美工只需要使用字體庫中的各種字體，不需要自己制作壹種字體；芯片設計者實際上只需要使用單元庫中的單元。
印刷術和芯片的另壹個更驚人的相似之處是，當字體中沒有特定的符號時，比如壹個不尋常的商標，藝術家不得不自己制作這個符號；芯片設計師有時候會遇到不在庫中的單元，他也需要自己畫出這個單元的版圖。
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設計振蕩器芯片的布局
如果妳覺得不滿意，可以設計壹個更復雜的集成電路，如下圖。這是振蕩器的布局。妳可以給它接壹個電阻，壹個電容，壹個發光二極管，然後接通電源，就可以看到發光二極管在閃爍。
集成電路的版圖設計大概就是這個，沒什麽花哨的。
妳可能會發現最右邊的逆變器稍微大壹點，是為了有更大的驅動能力，讓LED有更高的亮度。另壹個需要註意的問題是，要盡可能的讓比較大的電流流過鋁導電層。鋁的導電性能比多晶矽好很多，和雙面電路板有點區別，雙面電路板兩面的導電性能壹樣好。
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布圖設計
現在，妳知道壹點布局設計。如果妳了解的多壹點，妳會發現，妳渴望學習的版式設計，其實只是壹個成人用的拼圖遊戲，卻沒有兒童用的拼圖遊戲那麽好玩，也沒有那麽復雜多變。
現在，每個人都有自己的想法。如果妳想在這個拼圖上玩點花樣，妳可以在這裏有很多願意和妳壹起玩的朋友。或者妳還記得來這裏的初衷，想把妳的電路做成集成電路，那妳就暫時不要玩拼圖了，爭取盡快完成妳的芯片設計。
如果您在電路設計中使用了許多標準集成電路和分立元件，如反相器、與非門、D觸發器、計數器，甚至壹個LCD驅動模塊，那麽可以說設計這些單元的布局並不是壹件容易的事情。日復壹日，月復壹月，妳壹定被畫得又蠢又呆。妳設計高性能電路的熱情在這裏毫無用處。
當妳辛辛苦苦幹了三個月，發現已經開始種第二季水稻的農民伯伯並沒有那麽辛苦。由此計算，做壹版庫的工作量大約等於種植雙季稻的工作量。做芯片設計師不如種地。
但是就算讓妳畫地圖也不用怕。高科技在電腦上最奇妙的特點就是它的勞動力可以重復利用。第壹次做單元畫廊需要兩個月的時間。第二次做圖庫的時候，可以復制第壹個圖庫，修改壹下，需要兩個星期。這就是電腦復制的妙處。很奇怪為什麽我們不把這種計算機技術推廣到農業科技上。如果農民伯伯也采用這些技術，他只需要專心種壹畝地，然後壹步壹步復制十萬八千畝，那麽他站在壹望無際的金色田野的頭上，看著壯闊的麥浪在晨光中翻滾，就很難控制“身在田頭，胸懷天下”的感覺。
幸好農民伯伯還沒有掌握這項技術，不然真的會讓我們這些搞芯片設計的家夥汗顏，但是在目前芯片暫時領先於農耕的優勢下，我們還是要抓緊時間，做出比農民伯伯更多的貢獻。
但現在情況不同了。在這裏，有現成的單元格布局供您使用。這些單元布局放在壹個庫中，該庫中包含了廣泛的產品，包括幾乎所有您可能使用的產品。不要以為這是“演示版”。這是壹個許多芯片設計者正在使用的工作庫。妳現在要做的不是版圖設計，而是類似於妳以前做的事情:雙面電路板布線。
有了單元庫，就可以進行正常的設計工作了。妳用通常的方法畫電路圖，然後用相應的元件把它們連接起來。過去，壹個沒有經驗的電路設計者常常根據過時的教科書來設計電路。因此，買家經常抱怨他們無法購買組件，甚至直到英特爾的公司歷史陳列室才能看到樣品。如今，電路設計人員普遍關心原始器件的供應。這個經驗在這裏也適用。妳在設計之前要熟悉單元庫的情況，以免畫出壹個沒有任何單元可用的電路圖。
畢竟芯片設計用的單元庫中的內容和市面上的CMOS 4000系列或者TTL 74系列有點不壹樣。比如常用的JK觸發器，在單元庫中是找不到的(也許以後會有發燒友來補這個單元)，因為在ASIC設計中沒有必要使用JK觸發器，分析電路時會造成混亂。妳可以很快適應這些差異，甚至在妳通讀完單元庫的介紹後，妳會感到自信。
我再次提醒妳:妳是來設計集成電路的，不是來研究版圖設計技術的。如果妳是初學者，妳設計的布局很可能不會比庫中現有的布局更好吧？所以暫時對版圖設計略知壹二就好，不要深究，利用現成的單元庫和雙面布線技術，盡快完成妳的集成電路。如果遇到不在圖庫裏的單位，不要慌。請過來問壹下。也許老手會給妳畫壹張。不過，應該是壹些常見的單位。不要問16位A/D轉換器和攝像頭的控制電路。那樣的話，妳還不如睡覺，讓別人免費給妳設計。
說實話，集成電路偉大而神秘的版圖設計，並不比小孩子玩的拼圖復雜多少。下面這個觸發器的布局幾乎是布局庫中最復雜的布局，但也不過如此。沒什麽大不了的。我不認為妳不能掌握它。我只是覺得妳暫時不需要掌握。
不要以為這是演示布局。這是壹個正在使用的真實布局。我叫它DF06A。壹位設計師花了大約壹個月的時間做了壹個類似的布局。我是在他的基礎上畫的這個布局，所以只用了半個月左右的時間，還有壹些延遲參數沒有計算出來。這樣的布局，幾乎完成了整個標準單元庫(100多個單元)三分之壹的工作量，因為這是庫中最難的布局。
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電路設計
最奇妙神奇的是妳以前做的電路設計，可以玩出很多花樣。我以前工作的單位，有個火車頭那麽大的塑料機，突然有壹天倒了。這臺機器壹天做了50多萬個產品，賺了幾萬利潤，搞得老板像熊壹樣團團轉，調動了所有的機塑精英，香港的技術人員第二天就到了。然而，協商的結果是。第三天，壹個懂點電子學的家夥出現了。他從壹臺壞了的收音機上取下壹個電阻，在機器上試了試。這臺巨大的塑料機器真的復活了。當在場的人得知這個神奇的組件價值只有人民幣兩毛錢時，所有人都同時傻眼了。
來這裏的都是電路設計方面的專家。我覺得沒必要解釋壹個電阻怎麽修壹個塑料機。太簡單太普通了，但電路設計最大的趣味就在於此:壹個極其簡單的小把戲，會引發社會上的壹件大事。電路設計要發揮自己的聰明才智，不要拘泥於常用的單元庫。
當然，集成電路設計和妳之前的設計有點不壹樣。這裏有壹個特點:有很多三極管供妳使用，但是電阻電容很麻煩。
或者這麽說吧:就當是考試吧。考試的題目是設計壹個電路。電阻電容不允許用，晶體管可以無限用。可能壹開始妳不習慣，覺得浪費了很多晶體管。但是，只要多做幾次，就會習慣這種浪費的設計方式。不要為妳的浪費感到內疚。事實上，即使是芯片設計專家也這麽做。
電路設計就是畫出妳需要的電路圖，然後推斷出妳的電路圖，看是否正確，是否需要改進。在這裏，我建議妳使用workview軟件和這裏提供的電路庫進行設計。如果用了workview，會幫妳做推理，這裏叫模擬。它會給妳看電路工作時的波形，非常直觀。在這裏，我們不僅提供了版本庫供您使用，還提供了相關的電路庫。在這裏使用電路庫可以簡化您的設計工作。庫中有很多實用的單元電路，比如十進制計數器，甚至動態LCD驅動電路。妳只需要使用它們。如果自己設計壹個動態LCD驅動電路，不是不會，而是沒必要做這些重復繁瑣的工作。妳要專心完成妳的整體設計，那是妳自己的。妳可以把自己在設計公眾號上發現的壹些小技巧和技巧，作為免費資源添加到圖庫中，讓以後的設計師也能享受到妳的勞動成果。
這個世界上有兩種資源，壹種是真正的資源，就像石油壹樣，用的越來越少；另壹種是虛擬資源，就像腦力壹樣。奇怪的是，這種虛擬資源竟然是壹種被越來越多地使用的資源。世界真的很奇妙，充滿了奇跡。如果我們動員全民開發虛擬資源，用不了多久我們就會成為壹個資源豐富的國家，我們就可以像拍蒼蠅壹樣輕而易舉地消滅美帝國主義和壹切反動派。我只是在開玩笑。其實我不希望我的世界觀是民族主義的。我對任何民族文化都感興趣。什麽叫“富國強民”，這是壹種與愚昧有很大關系的意識，就像香山溝的農民希望多養幾個兒子，不被鄰居欺負壹樣。我們開發虛擬資源，迎接未知人類明天的到來。我們不知道明天會怎樣，但我們知道明天不會如今天所料。
在我看來，從事電路設計真的是投機取巧。我無意貶低我的同事，但在我見過的很多案例中，壹個會修半導體的電子發燒友，往往比壹個機械本科生更吃香。壹個家電項目的開發者由電子和機械兩部分組成。如果妳參加過幾個這樣的開發組，妳就會明白下面這個結論:搞電子的工作量小，總顧不上大局。機械的工作量大，需要綜合考慮整機的協調性。可悲的是，總是吃力不討好。在老板眼裏，搞機械好像沒什麽大不了的。就是用鉛筆畫兩下，搞電子就不壹樣了。很神秘。兩美分可以讓像火車頭壹樣大的機器動起來。
如果妳有壹個學機械的朋友，妳就會知道，不是所有人都能畫出那麽簡單的機械。只看機械的課程就能明白，機械知識遠比電子知識復雜嚴謹。在冰箱、洗衣機等家用電器中，機械承擔了大部分工作，電子只是在機械基礎上玩的壹些小把戲。定時和報警都是小技巧。機械設計涉及到嚴謹而廣泛的知識，電子知識可能會從《電子小制作200例》等壹些雜七雜八的書籍中獲得。
很多老板重電子輕機械的觀念其實是錯誤的。也許妳可以用鉛筆把零件的圖紙畫出來，但是妳能算出這個零件能承受多大的壓力嗎？妳知道妳畫的零件在什麽情況下會產生共鳴嗎？共振後會對整機造成多大的傷害？如果妳想知道這些東西，妳得花幾年時間啃幾本書，比如機械原理，材料力學，還有....神秘的電子技術，在街上買幾本雜書就能學會。別以為是開玩笑。事實上，我們電子人最了解電子的來龍去脈。
妳聽說過業余機械師嗎？還是業余材料力學愛好者？應該說是有的，但是太少了，很難舉例。
我們身邊有很多業余無線電愛好者和業余電子愛好者。為什麽？這就說明了電子電路的幾個特點:入門容易，還有壹個更大的特點就是只要學壹點，就能發揮自己的聰明才智，進行卓有成效的電路設計。
由此我們不禁要問:有沒有業余的IC設計愛好者？
關註了很久，想知道有沒有業余的IC設計愛好者，但是還沒有找到，這讓我很疑惑，也忍不住嘀咕:我是不是中國第壹個業余的IC設計愛好者？
做壹個業余的IC設計愛好者，在以前可能是天方夜譚，聽起來讓人感覺像是壹個業余的洲際導彈愛好者。但時代不同了，造就業余集成電路設計師的外部條件已經具備，只是這些條件來得太快，讓我們反應不過來。好像我們聽說的集成電路都是幾千萬美金的。但是，今天早上從夢中醒來，花幾千元就可以讓芯片廠自己做集成電路了。
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芯片設計
完成電路設計後，就可以開始考慮整個芯片的設計了。如果妳的芯片不大，可以用雙面電路板布線的方法來設計妳的芯片，用壹些專門的軟件比如LEDIT來設計。先把用過的單元放到版圖上，再用鋁和多晶矽布線。如果妳的籌碼再大壹點，那就辛苦了。
如果芯片比較大，我們可以用電腦進行自動布線。其實我們主要考慮的實現布局布線的手段應該是自動布線。
有很多軟件可以進行出色的自動布線，比如cadence，mento graph，但是軟件價格昂貴，花20萬美元的人很多。
也有很多價格更低，性能也不錯的軟件。
甚至免費軟件也是可用的。這裏的自由軟件庫中有壹套Alliance，接線性能很好。其實布線有點大材小用了。它是壹套功能更加強大的集成電路設計工具。我們暫且討論壹下它的接線工具。它的路由器很好，有很好的優化能力。它所使用的庫的描述方法略有不同，但與其他軟件的描述方法相似。與其他軟件相比，它接收到的電路圖描述格式有很大不同，實際上是C語言源程序的格式。好在是源程序格式，給寫轉換程序提供了壹些方便。workview中有專門的數據庫操作程序viewdate，應該可以完成這項工作。
我們可以想象遠程布線。以前龔敏先生舉過壹個例子，說新疆的芯片設計師可以通過聯網運行安裝在上海主機上的珍貴設計軟件，就是這個意思。
再者，我們甚至可以為系統編寫壹些自動化功能，自動接收用戶以郵件形式發送的電路板文件，交給布線軟件，再通過郵件將結果發回給用戶，這樣就可以在不侵犯版權的情況下，充分發揮高端軟件的效率。擁有這些高端軟件和電子郵件服務器的單位可以提供這種免費或付費服務。
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設計檢查
集成電路的設計看起來並不復雜，但是設計好的版圖檢查壹次就沒那麽容易了。我打賭妳不可能在10年內檢查完壹個10000管的布局。但這是壹個美好的世界。越難越容易。現在有很多軟件可以幫妳查。妳只需要學會使用它們。我的意思是，我建議妳不要試圖手動檢查略大的地圖。人腦是用來創造的。用它來做壹些重復繁瑣的工作，不僅效率低，而且更麻煩。
真正實用的版圖檢查軟件很少，德古拉就是其中的佼佼者。在找到便宜實用的檢驗軟件之前，可以考慮通過郵件委托檢驗，讓有德古拉軟件的單位幫忙檢驗工作。如果文件格式標準化，也許我可以說服壹些單位利用空閑時間為妳服務。
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外部支持
最有效、最傳統的支持來自書籍。妳應該收集這方面的書籍。
新聞組、郵件列表和電子郵件可以廉價快捷地為妳提供來自外界的技術支持，這也是互聯網的好處之壹。通過網絡獲得的支持，大部分時候是很有效的，但是並不確定明確，因為沒有人有義務幫助妳，他們熱心幫助妳的最低條件是必須是免費的。
妳應該學會利用外界的支持，這不是出於義務，而是出於熱情。妳不應該濫用這些熱情。在提問之前，請花更多的精力去研究妳的問題，然後準確地提出妳的問題。以後別人問類似的問題，妳也要走出來熱情回答，介紹自己解決問題的經驗。
獲得積極明確的幫助的途徑是，妳可以找到妳附近的集成電路設計公司，以壹定的價格獲得這些幫助。剛開始學設計集成電路的時候，我采用的方法是把項目委托給設計公司，讓他們告訴我設計過程，這樣我就可以有壹個模仿的對象。
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ASIC和PGP郵件列表介紹
郵件列表是壹種類似新聞組的交流方式，由壹群誌同道合的人組成。它比新聞組更便宜，更有針對性。加入壹個郵件列表後，經常可以收到別人發給這個郵件列表的各種信息。妳可以對各種問題發表自己的看法，提出新的建議、新的想法，或者提出自己遇到的困難，以求得到別人的幫助。最可貴的是，所有的操作都可以通過免費郵箱賬號上的郵件來完成。
在發出訂閱申請信後不久，妳就會收到壹封確認信，直接回復這封信，妳就會被添加到郵件列表中。之後，妳可以向這兩個郵件列表提交文章，參與討論，尋求幫助，或者發表任何妳想要的觀點，只是盡可能專註於主題，以照顧其他成員的利益。
您可以通過下面的表格發布、加入或離開郵件列表。請註意使用同壹個郵箱賬號進行操作。如果妳在操作過程中遇到任何麻煩，請寫信給我，讓我從服務器上幫妳完成。查看存檔文件需要訪問互聯網。