​IC系统的组成结构及功能详解

IC系统是什么？对于这个问题，不同的工程师大概会给出不同的答案。算法工程师会说IC系统是完成特定功能的硬件；架构设计工程师会说IC包括控制、运算、存储部分；电路设计工程师会说是加法器、乘法器、与非门、运算放大器、开关电容等的搭配。但事实上这些答案都对，如果把它们组合起来就是一个较为完备的答案。

如图所示，该图是常见的IC系统，包括数字部分、模拟部分、连线、I/O PAD、存储器。

1、数字部分

数字部分是构成IC系统的主要部分，主要采用同步设计方法，即采用时钟来统一协调系统各部分的运行。需要注意的是同步设计是数字设计的主流。

同步数字设计可以看做是由组合逻辑和时序单元（寄存器和锁存器）组成的，数据在时许单元-组合逻辑-时序单元这种结构间一级级地传递下去。

2、模拟部分

一般来说，在IC系统中模拟电路包括以下部分：

模数转换器（ADC）：将模拟信号转换为数字信号；

数模转换器（DAC）：将数字信号转换为模拟信号；

可编程增益放大器（PGA）：通过数字部分来控制模拟增益；

锁相环（PLL）：用于产生高频的时钟和进行时钟恢复（从数据中恢复出时钟）。

3、I/O部分

I/O是IC系统与外部环境的接口，它可以很简单也可以很复杂。

Foundry提供的综合库中，通常包括三类PAD单元：输入PAD、输出PAD和双向PAD。在设计中，可以将这些PAD看作是标准单元，直接例化就可以了。

I/O也可以非常复杂。例如USB、1394 ( fireware） 、PCI一E等都可以看作是复杂的IO。这些复杂的IO可以作为IP集成到整个芯片系统中。

I/O PAD直接与外部世界相联系，因此必须考虑到外部的寄生参数影响、静电保护（ESD)、封装要求、电压转换、过电压保护、信号完整性等。

设计I/O PAD比设计标准单元要复杂得多，特别是对于有高性能与东宫和要求的场合更是如此。

4、存储器

随着SOC架构的流向，嵌入式存储器在芯片中的应用越来越多。存储器对整个芯片的设计至关重要，这是由于：

在多个高速IC设计中，存储器的带宽已成为性能的瓶颈；

存储器可能占据芯片的70%以上面积；

存储器消耗了芯片的大部分功耗。

5、连线

联系那包括芯片的信号链线、电源线、时钟线。在一个芯片系统中，连线是最容易被人忽略的部分。实际上它很重要，特别是在深亚微米的设计领域更是如此，可以说，如何处理连线，将是困扰EDA设计者与IC设计者的长久问题。