数电和Verilog

数电和Verilog

A.2 基础概念

本章节以简单的问答方式来帮助大家做快速的建立一些基础概念。

能做到了解就好，感兴趣的话可以再找找相关书籍或视频进行进一步学习，刚开始有这些概念对于本课程的学习来说应该就足够了。

（1）什么是模拟信号？

现实的世界里我们接收到的信息，包括图像、声音和触摸的手感、温度等等，这些信息基本都是随着时间连续变化的信号，即模拟信号。这里的信息指的是其信号的幅度，或频率或相位随时间作连续变化。

（2）什么是数字信号？

对模拟信号在某一个时刻进行采样，如果采样的点足够密集（即采样频率足够的话），那么就可以几乎完整地还原被采样的模拟信号。（感兴趣的话，也可以去了解一下奈奎斯特采样定理）

（3）为什么要做模拟和数字信号的转换？

因为有些复杂的运算很难仅通过模拟信号来进行直接的运算和实现，因此需要借助计算机来实现，而为了能让计算机（硬件）实现对复杂运算的处理，我们需要先将这些模拟信号转换成离散的数字信号，然后对这些数字信号进行量化编码，从而方便在计算机中以很多“010101”的数字进行运算分析和处理。

等到计算机对数字信号运算处理完成之后，再通过数模转换器转换成需要的模拟信号对外围设备进行驱动输出。

比如我们可以对这里的数字信号的幅值进行编码，比如从000 编码到111，这里的“010101”的数字实际上就是一个个晶体管内部的高低电平信号，比如我们说1V电压信号是一个高电平，0V电压是一个低电平。

（4）计算机和芯片的组成关系是什么？

计算机由一个个芯片电路板组成，包括CPU、存储和外设以及配套的软件操作系统，而组成芯片的就是一个个晶体管。一个复杂的芯片系统上由数十亿甚至更多的晶体管组成。

由于晶体管规模过于庞大，因此我们必须借助现代电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称EDA）工具来进行辅助设计，比如三大EDA巨头Synopsy、Cadence和Mentor Graphic（被西门子以45亿美元收购）的相关软件产品服务。如今大家最为熟知的应该是Synopsy的VCS，本课程也是主要以此EDA工具来作为大家的实战环境。

（5）芯片设计的流程是什么？

超大规模集成电路(VLSI)芯片的设计流程，大致包括功能设计、综合、验证、物理设计(包括布局、布线、版图、设计规则检查等)等流程的设计方式。

**功能设计：**比如使用常见的硬件描述语言（Hardware Description Language，简称HDL）来进行芯片的功能设计。

**综合：**将上一步设计完成的代码通过厂商提供的标准逻辑单元库映射成逻辑网表文件。

**验证：**需要验证设计出来以及综合出来的逻辑电路功能的正确性，即符合设计期望。

**物理设计：**需要将这些标准逻辑单元摆放到合适的位置上，并且做好连线和检查。

**流片：**最终提交给厂商做掩膜制造。

这里做了很多简化，实际过程中的细节要复杂得多，但有个概念就行，对于本课程所讲的验证，主要指的是前端功能验证。

（6）芯片设计的方向有哪些？

• 模拟和射频集成电路设计

这个要跟管子的具体参数打交道，必读的是一本叫做拉扎维的《模拟CMOS集成电路设计》，很多人学模电就摸不着头脑，学这个依然是，更讲究理论和经验，有时候过于依赖EDA工具，甚至有些玄幻，入门难度较大。

• 数字电路设计

数字的东西，不是0就是1，很清楚很明确。厂商也会提供好综合的标准单元库，因此基本不需要关注管子的具体参数，既然如此明确，因此数字电路设计更多的是关注算法、逻辑和协议的硬件功能的实现本身，入门相对简单一些，从就业上来看，数字电路相关的岗位也更多。

（7）为什么要学习数电和Verilog？

• 数电

指的是数字电路逻辑基础，需要学习其中一些硬件设计的概念和原理。

• Verilog

指的是一种业界广泛使用的硬件描述语言（Hardware Description Language，简称HDL），通常用来描述数字芯片电路逻辑的行为。往往我们用来综合的HDL代码会被称为RTL级，即register transfer level，指的是用寄存器这一级别的描述方式来描述电路的数据流。

因此，数电和Verilog是学习数字电路设计的基础，也是做验证的基础，必须要掌握。

下节课开始，我们带着大家把数电和Verilog基础给简单过一遍。

因此，数电和Verilog是学习数字电路设计的基础，也是做验证的基础，必须要掌握。

下节课开始，我们带着大家把数电和Verilog基础给简单过一遍。

公众号：程序员Marshall