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光电集成电路设计自动化技术的研究
金湘亮，陈杰，仇玉林
（中国科学院微电子中Ｂ北京１０００２９）
摘要：光电子技术是继微电子技
术之后，近十几年来迅速发展的高技术。像微电子集成电路设计一样，不论是器
件级模拟
还是电路级模拟光电子集成电路的设计都离不开电子自动化设计（ＥＩ）Ａ）。目前光电子设计软件的发展跟不上
光电子技术的发展，因此光电子器件和光电子集成电路的ＥＤＡ软件研究已越来越受到重
视。本文阐述了光电集成电路
自动化设计的重要性，并将数字集成电路和模拟集成电路设
计中的自动综合技术概念引入到光电集成电路设计中，首
次提出光电子器件的行为级模拟
方法和光电集成电路设计自动化技术概念，探讨了光电集成电路设计的特征，研究了
光电
子器件的行为级模扭方法和光电集成电路设计自动化技术。
关键词：Ａｓｌ０
ＥⅡ＾，光电集成电路，设计自动化技术
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１
概述
二十世纪九十年代提出片上系统（Ｓｙｓｔｅｍ
０
１１
展，专用集成电路（ＡＳＩ
Ｃ）也正朝着系统集成的
方向发展。过去ＡｓＩｃ只能有生产厂家完成，现在
由于ＳＯＣ设计方法的出现
，ＡｓＩｃ可以以ＩＰ核的形
式系统集成。这种Ａ
ｓ
ａ
ｃｈｉＰ）的概念以来，随着集成电路工艺向深亚
微米及超深亚微米发展，ＳＯＣ设计方法已成为集成
电路设计的热点
，而ＩＰ核的复用技术是ＳＯＣ设计方
法的核心［１］。随着超大规模集成电路技术的迅
速发
Ｃ芯片不仅可以集成基于
ＣＭＯＳ工艺的模拟电路宏单元、
微处理器／微控制器
的宏单元，而且可以集成光电转换宏单元，即将线
< br>一１
７１—
《第四届中国通信专用集成电路霞展战略高蛾研讨会论
文集》
性运放、数据转换器、数字信号处理（ＤＳＰ）、存
储器
、接口单元和光电转换单元等电路集成在一个
芯片中。因此今日的ＡｓＩＣ芯片已非昔比
，有了新
的重要延伸，芯片中不仅集成模拟电路、数字电
路，而
且还集成光电转换电路，不仅有电信号，而
且有光信号，从而被称之为混合ＡＳＩＣ［２
］。
对混合ＡｓＩｃ集成系统的设计是一项非常复杂的
工作，为
了缩短设计时间、降低设计成本，必须
借助计算机辅助设计（ＣＡＤ）工具。由于数字集
成
电路只要处理０和ｉ两个离散信号，且数字集成电
路的结构相
对规范、受工艺的涨落影响小，因此数
字集成电路的自动综合工具已经发展的非常完美；
而模拟集成电路由于设计的性能指标繁杂、处理的
信号连续、结
构复杂、对工艺参数非常敏感，因
此模拟集成电路的自动综合工具发展相对较慢，落
后于设计方法的发展，可以说模拟集成电路设计自
动化水平已经成为
制约ＡＳＩＣ的ＳＯＣ设计的一个重要
瓶颈。光电集成电路（ＯＥＩＣ）不仅包括模拟电
路、
数字电路，而且包括光电一电光信号转换电路，是
一个更复
杂的设计系统。随着集成光电子学的不断
发展，光电集成电路计算机辅助设计也必将推动
０ＥＩ
２
光电集成电路自动化设计的重
要性
光电子技术是继微电子技术之后，近十几年来
迅速发展的高
技术。光电子产业包含信息光电子、
消费光电子、军事光电子、软件与网络、光计算
机等领域。光电子技术兼容了微电子技术、光学技
术、材料科学、微
细加工、精密光学技术和半导
体科学技术。随着２Ｉ世纪世界通讯产业的发展以及
光信息通讯的发展，“以光电子信息技术为主导的
信息产业将在２０１
０年达到５００００亿美元，成为继
微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进<
/p>
步。”在信息通讯方面，随着电视、图象、计算
机数据等业务的增
加，对传输容量的需求在曰新月
异地提高。密集波分复用技术（ＤＷＤＭ，可在同一
根光纤内传输多路不同波长的光信号，可大幅度提
高单根光纤的传输
能力）、掺铒光纤放大器技术
（ＥＤＦＡ，可将光信号直接放大，具有输出功率高、
噪音小，增益带宽的优点）已成为发展的主流。波
分复用技术等光电
子技术的应用为光电子器件和微电
子技术提供了广阔的、快速增长的市场，已形成一
个增长迅速的光电子产业，据美国光电子工业协会
和光电子产业振兴
会估计，２０００年全球光电子产业
市场额达到Ｉ
７６５亿美元，２０ｉ
０年将达到４０００亿
美元以上。因此美国、欧盟、日本、韩国等国家<
/p>
和台湾地区都把光电子技术列为经济发展的关键技
术。高性能光电
子器件的研制是光电子技术发展的
重要推动力，将若干光电子器件通过光波导互联或
将光电子器件和微电子电路ＳＯＣ集成可以大大提高成
品率、改善可
靠性、降低功耗，前者正是迅速发
展的光子集成芯片（ＰＩＣ），后者即光电子集成电<
/p>
路（０
Ｅ
Ｉ
Ｃ的加速发展
。但由于对光电器件模型研究较
少，专门针对ＯＥＩｃ设计的计算机辅助设计工具很
少，很多关于０ＥＩｃ的模拟分析工作借助于微电子电
路模拟软件进
行，如著名的电路模拟器ＨＳＰＩｃＥ和
面向新器件模型开发的ＩＳＭＩＬＥ口】。而光
通讯技术将
成为２１世纪信息产业的主流，因此很有必要发展光
电集成电路的计算机辅助设计自动化工具。
像微电子集成电路设计一样，不论是器件级模
拟还是电路级模拟都离不开计算机辅助设计。目前
光电子设计软
件的发展跟不上光电子技术的发展，
因此光电子器件和光电子集成电路的ＥＤＡ软件研究
已
越来越受到重视。本文阐述了光电集成电路自动化
设计的重要
性，并将数字集成电路和模拟集成电路
设计中的自动综合技术概念引入到光电集成电路设
计
中，首次提出光电子器件的行为级模拟方法和光电
集成电路设
计自动化技术概念，探讨了光电集成电
路设计的特征，研究了光电子器件的行为级模拟方
法和光电集成电路设计自动化技术。
一１
７２～
Ｃ）。在新型光子集成方面，小规模集成
度的ＰＩＣ器件组件近
年已在市场上出现，如多波长
的半导体激光器阵列；在光电子集成方面，Ｃ＾＿ＩＯＳ图
像传感器技术的出现将光电子技术、微电子技术有
机的结合在～
起，使数字照相机的造价大大降低，‘
同时ＣＭＯＳ图像传感器可作为视频会议、指纹识
别系
统、增强型自适应巡航控制、汽车交通监督系统、
玩具和医
学图像识别系统等广泛应用。另外光电子
集成电路的典型产品还有半导体激光器与高速调
制器
《第四届中国通信专用集成电路霞展战略高极研讨会论文集》