硅谷杂志：缩版设计一个值得关注的模拟电路发展动向 |
| 2012-07-15 14:44 作者：林 云 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月15日消息 （原文载于《硅谷》杂志6月刊）模拟消费类电路品种杂、市场广、竞争激烈。剖析调查表明同一品种版本众多，风格各异，各有特点。生产商为破解市场竞争压力采用缩小版策略迎接挑战，争夺市场将成一种风向。试图通过对双极模拟电路所具有的特点和版图布局布线的特殊要求，讨论缩版策略，并结合实例加以说明。
电子产品的发展，得益于制造技术的进步----晶园厂旧线的提升、新线的不断涌现。但我们也看到在产能升级、产品繁荣的同时也促进了模拟消费类电路不断削减售价，尤其是量大的产品，出厂价一年不如一年已是不争的事实。这样迫使设计制造商不断寻找方法来改善芯片版图设计、工艺制造过程，以达到更好的控制成本降本增效的目的。不可否认，纵观国内模拟消费类电路市场，早些年国内设计生产商设计方法可以说95%以上属于仿制国外样品，给人的印象就是照抄。然而近年来，随着新生代尤其海归派的加盟，新设计公司雨后春笋般涌现。为了争夺市场，保持盈利，众多公司不得不抛弃传统仿制法，另辟蹊径走自己的路，使出各自招式，以开拓、创新手法将版本优化，如把元器件按比例规则缩小、布线单层改双层，翻新老版本来面对日益严峻的市场考验实现收入利润最大化。
传统仿制，赢市场获利润将变得越来越困难，因芯片成本占电路成本很大一部份，降芯片成本对于电路设计制造商而言就是利润、体现效益。缩版是创新，缩版设计将会越来越受到业界的重视，优良的电路缩小改进版本将会源源不断的登上电路创新舞台。
1缩版策略
1.1产品选择性
模拟消费类集成电路产品众多，五花八门，产品缩版要有选择性。因为缩版不同于一般的仿制，必将带来设计时间、人工成本的增加，并伴有加大投片的风险。对短、平、快的产品，批量小、生命周期比较短的产品，不适宜、不主张缩版；而对产量需求大，竞争剧烈，价格敏感，工艺支持、版图可缩，生命力长的产品最适用缩版。总之，市场是无情的，对产品要评估，做到心中有数，有的放矢，避免食之无味，弃之可惜的烦恼，该缩版的缩版，立项不犹豫。
1.2支撑环境
产品的缩版是建立在工艺技术可行、环境支撑上的。象我公司4吋、5吋线设备不同，制备工艺，加工能力就不同。一个产品缩版首先就得决策部门根据综合因素评估决定产品走哪条线，然后根据加工能力确定版图设计规则。
1.3技术可行性
1.3.1线路图优化
从芯片表面观察，线路图整理过程中发现国外很多电路都存在有冗余部份的元件。如果把原来芯片上电路元件全部照搬到基片上，必将会浪费基片的面积。通过线路模拟、仿真，适当修改，合理取舍冗余元件对缩版有积极意义，其面积贡献值得关注。
1.3.2结构、布局设计
1）压点、元件分岛。通常原版都考虑得较周全，缩版一般不轻易去变更。但有些随工艺变动后，如单层改双层，减少了桥岛例外。
2）双层布线优选。双层工艺虽然比单层工艺难度增大，生产成本增加，但它能有效的缩小芯片面积，并且芯片单位成本获取的利润贡献比工艺增加的成本更大，所以双层应列缩版优选。双层布线避免了桥岛的使用、桥电阻的引入，使布线设计方便、灵活，走线避免迂回，铝线得到优化，能更大地减少信号网走线的不利影响。
3）布局安排。模拟电路的布局结果对电路性能会产生直接影响。电路元件之间的相互关系诸如对称、靠近、远离，成组以及一些节点连线需特殊处理的因素等。要重点关注大信号元件、功放输出管的合理布置，充分考虑散热问题，地线、电源线串扰问题。
4）元件几何图形。电路的好坏由元件的性能来确保，而元件的电特性与其几何图形密切相关。图形缩小的规则宜按比例缩减为好，当图形类型较多时可适当归整。对输出管、缓冲管等，从功率、可靠性考虑不宜同小管子一样按比例缩小，缩减应保守些；要通过调查、参考管子Hfe/Ic变化趋势，结合峰值电流大小，确定管子面积，总之得留有余量。另外缩版电路元件纵向尺寸、横向尺寸都有不同程度收缩，对噪声的影响也要引起关注，从降低噪声设计考虑尽可能减少发射区周长—面积比和基区表面宽度，电阻条宽宜宽些，有些矛盾要折衷考虑。
2设计模拟讨论
近年来，公司在应对市场策略，运用缩版设计手段推出新品种、打市场方面取得了可喜的佳绩。通过缩版设计，使人们丰富了知识，开阔了视野，提高、增长了分析、处理应变能力，积累了不少经验，大批设计人员得到了锻炼。这里，通过一解剖调查实例，试图结合即将要进行缩版设计的一品种（CD2822）作一设计讨论。
2.1电路解剖调查情况
表1芯片面积比较
品名
（公司） TDA2822（SGS公司）
及TDA2822（YG）国内C公司产品 TDA2822M（SDC411N）
注：国内A公司产品 TDA2822（H52946Ⅱ）
注：国内B公司产品
面积（mm2） 2.36×2.22=5.24 1.146×1.118=1.28 1.122×0.630=0.71
缩版比 1 0．24 0．135
铝布线 单层 双层 双层
加工技术 5μm工艺 1.5μm工艺 1μm工艺
上表中可直观的看出国内厂家产品缩版一貌，也能闻出市场竞争的火药味。
2.2CD2822缩版的几点思路、想法：
1）根据公司综合安排计划，认真论证目前4吋线工艺加工水平，确定CD2822C所用设计规则。
2）线路图选择。选择原版功能完整图为好。（（国内商家情况：A公司（M代码）、C公司（YG代码，单层铝）均用原始线路图；B公司版图按原线路布元件，但铝版有二管弃连））
3）样板借鉴。经解剖、读图、分析多个版本，觉得B公司的版本设计风格最紧凑、活泼，芯片利用率高，可作为重点借鉴版本。（B公司版本具有创新、开拓性，勇气可敬。若无专利之虑，有成功先例，大胆借用。）
4）元件几何图形优化。小信号前置部份晶体管原则上按比例缩小，并适当合理归类，慎重处理好比例恒流源成组管的结构及比例关系（K336的处理方式本人认为有值得商榷之处）；大信号输出管面积宜采用保守缩法，取比“M”版大1/4~1/3，其发射区采取工字状，这对周长、面积有利，对开二铝通孔也方便。
5）布局、布线。由于我们安排上的是4吋线，技术支持的环境与B公司不同，设计规则有一定的差异，但在布局、布线上有可借鉴之处：第1、3脚保护管排在压点下；PN结电容排在4a、5压点下（若需更大些还可以4b、8也利用起来）；二输出地、二前置地均采取合二为一；主要地线布外围、电源线走中间。基片面积将得到充分利用（见附图）。
6）主要工艺技术。ρvg0.8~1.0Ω•cm；Tvg5~6μm；2~3μm套刻；对通隔离；离子注入；双层布线工艺。
3结语
1）TDA2822产品自意大利SGS公司推出后，产品行销全球。进入国内，因其市场需求量巨大，销量也长久不衰，从而仿制的公司也众多。但价格已不可与往日相比，只能适者生存。面对严峻的市场，我们的现版本想赢利已显得力不从心，所以也只有走继续缩版，降低芯片的单位成本，增强竞争力。目前的缩版计划尽管我们将采取的设计规则比“M”版要大，但通过上面的分析，可以预见经过精心的、合理的设计后，我们能达到、也一定能达到其“M”版芯片面积的水平。更重要一点，领导决策放弃5吋上4吋，虽然芯片面积牺牲了些，但对调节、保证4吋线满负荷生产将发挥重要作用。
2）调研能发现最新动态，能更好的了解竞争对手。开展缩版评估，进行缩版设计在近一段时期内将是双极IC设计、制造商面对严峻收益挑战取胜之法宝。
附图：
本调研由产品项目组潘佳萍、唐雪冬二同事一道开展工作。
作者简介：
林云（1958-），广西陆川人，1982年元月毕业于武汉大学物理系半导体物理专业，82年以来一直从事集成电路的设计和研制工作，先后获“七•五“、”八•五“国家重点科技攻关荣誉证书；获省、部科技进步奖三项，现为华润矽科微电子有限公司高级工程师。
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