Prof. Dr.-Ing. T. Harriehausen  Fachbereich Elektrotechnik

Inhalt der Vorlesung EDA (früher "CAD elektronischer Systeme")

1. Einführung

• Ziel der Lehrveranstaltung, benötigte Vorkenntnisse
• Was ist EDA (Electronic Design Automation)?
• Hier behandelte Komponenten elektronischer Systeme: Leiterplatte (PCB) und monolithisch integrierte Halbleiterschaltung (IC)
• Literaturhinweise, Script, Links, Glossar

2. Grundlagen der Herstellung von ICs und PCBs

• Basismaterialien (Si/Ge/GaAs-Wafer, SoS, SoI, FR4, Teflon, Keramik ...)
• Verwendete Prozesse (Photolithografie, Diffusion, Ionen-Implantation, CVP, Sputtern, Nasschemie, CMP, Bohren, Stanzen, Sägen, Bonden, ...)
• Qualitätssicherung (Teststrukturen, Waferprober, BIST, Nadelbett, AOI, elektrisch, manuell, automatisch, ...)

3. Klassifikation von PCBs und ICs

• PCBs: Einlagig/zweilagig/Multilayer, Flex/Starrflex, 2D/3D, MID, Finepitch
• Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT): THT, SMT, chip&wire, chip-on-board (COB), Flip Chip (FC)
• Hybridschaltungen
• Multi-Chip-Modul (MCM)
• ICs:

Standard-IC,
ASSP,
kunden-/anwendungsspezifischer IC (ASIC, CISC),
Channeled Gate Array und Sea-of-Gates
konfigurierbare ICs (PAL, GAL, PLD),
rekonfigurierbare ICs (FPGA/CPLD, FPAA, FPMA)
Hybridformen, z. B. Standardzellen mit Gate Array oder PLD
• Entwicklungsmethodiken: device/standard cell/macro cell/core based
• Kennzeichen, Vor-/Nachteile, welche Variante für welchen Einsatzzweck

4. Design Flow von komplexen elektronischen HW/SW-Systemen auf Basis von ICs und PCBs

• Systementwurf

System Level Design (FSMs,  HLD, Matlab, ...)
Hardware/Software Partitionierung
Design Space Exploration
Systemsimulation
• Hardware/Software Codesign, Concurrent Engineering
• Grundbegriffe

View, Hierarchie, Zelle, Design, Projekt
Technologiedaten, Element/Zell-Daten
Strukturierte Entwurfsmethodik, top-down, bottom-up
• Design Entry

Schematic Entry, Hardware Description Language
Vererbung, z. B. Power Supply Konzept
multi sheet schematic
Netzlister
Stand der Technik, wichtige Produkte und Standards
• Synthesis based Design Flow

VHDL, Verilog HDL, SystemC, VHDL-AMS, Verilog-AMS
Synthetisierbarkeit
constraints
Zellbibliotheken
Logiksynthese
Testbench
delay estimation, delay calculation
• Design Verification

Analog Simulation, Logic Simulation, Mixed-Mode Simulation
Native Compiled (NC) Simulation
Timing Simulation (statisch, dynamisch)
Power Simulation
Thermal Simulation
Simulation Backplanes
Simulationsbeschleuniger
Emulation in Hardware
Stand der Technik, wichtige Produkte und Standards
• Design for Testability

Testproblematik
Einfache Fehlermodelle (single stuck at, stuck open, stuck short)
Testability Analysis
Test Patterns, ATPG
LFSRs, Signaturanalyse
Testmethodiken (ad hoc, Scan-Verfahren, BIST, BILBO, Boundary Scan IEEE Std 1149.1)
Test analoger Komponenten
• Physical Layout Generation

Floorplanning
Manuelles Layout
Schematic Driven Layout
Routing Verfahren (Hightower Algorithmus, Lee Algorithmus, Channel Router)
(Teil-)automatisches Placement & Routing
Layoutsynthese, timing driven layout
Stand der Technik, wichtige Produkte und Standards
• Layout Verification

Design Rules und ihre Überprüfung
DRC, ERC
LVS
Extraktion parasitärer Parameter
Backannotation, Resimulation
IR-drop
Numerische Feldberechnung mit FEM
Stand der Technik, wichtige Produkte und Standards
• Schnittstelle zur Fertigung/zum Halbleiterhersteller

Bond Editor, Bondplan
Datenaufbereitung
Optical Proximity Correction (OPC)
Datenformate: GDS II, Gerber, ODB++, Postscript

5. Design Management

Wichtigste Komponenten von Datenmanagementsystemen

configuration management (rcs, cvs, clearcase, ...)

Erstellen und Pflegen von Bibliotheken

Arbeiten mit Bibliotheken

Versionen und Varianten von Daten

check-out, check-in von Daten

Datensicherheit vs. Datenintegrität

use models, Teamwork, user roles, Datenkonsistenz bei global verteilten Teams

(Prinzip von PGP)

Design Flow Management

Projektmanagement (resoures, milestones, quality metrics, ...)

Backup und Archivierung

6. Softwarewerkzeuge und EDA-Umgebungen

• Herausforderungen bei der Integration von EDA-Software verschiedenen Hersteller
• Struktur von CAD-Umgebungen (am Beispiel des Mixed-Signal IC Design Systems ASCIA 4.1 von Fa. Infineon)
• Lizensierungsmodelle und Lizenzmanagement (am Beispiel FlexLM)
• Design Frameworks (am Beispiel Cadence DF II)
• Stand der Technik und Standards (IBM Blue Logic, ...)
• Im FB E verfügbare Infrastruktur zur PCB-Entwicklung & Fertigung

7. Ausblick

• Vergebliche Standardisierungsbemühungen (CFI, VSI Alliance)
• systems on chip (SOCs)
• Heterogene Systeme, Mikrosystemtechnik, Nanotechnologie, Mechatronik, Optoelektronik
• Plattformkonzepte, design for/by reuse; "mix&match"-Hype, kommerzielle Fragen
• Das WWW als Designplattform