Lỗi thường gặp khi thiết kế vi mạch và cách khắc phục

Hùng Vũ

Sat, 23 Aug 2025

Thiết kế vi mạch là một hành trình kết hợp giữa tư duy logic, kỹ năng kỹ thuật và sự cẩn trọng trong từng chi tiết. Chỉ một kết nối sai, một lớp kim loại lệch vài nanomet, hay một corner chưa được mô phỏng – đều có thể khiến cả con chip trị giá hàng chục ngàn USD trở nên vô dụng.

Dưới đây là tổng hợp những lỗi “kinh điển” mà sinh viên mới học thiết kế IC hay cả kỹ sư kinh nghiệm đều từng gặp – kèm theo cách phòng tránh để không “vỡ mặt” khi tape-out:

1. Schematic khác với layout (LVS mismatch)

Schematic là sơ đồ logic, còn layout là hiện thực vật lý. Khi hai tầng này không đồng bộ – ví dụ như thiếu kết nối, sai tên net, sai chân I/O – thì bạn sẽ bị lỗi khi chạy LVS.

Cách khắc phục:

• Luôn chạy LVS ngay sau khi hoàn thành layout mỗi block.

• Sử dụng naming convention rõ ràng, tránh đặt tên tín hiệu quá giống nhau.

• Với mạch lớn, nên modular hóa để dễ dò lỗi hơn.

2. Vi phạm luật thiết kế (DRC violation)

Mỗi công nghệ CMOS đều có PDK (Process Design Kit) riêng với các quy tắc thiết kế: khoảng cách giữa metal, chiều rộng dây, lỗ via, vùng cách ly… Nếu layout của bạn vi phạm các quy tắc này, con chip không thể sản xuất được.

Cách khắc phục:

• Chạy DRC liên tục trong quá trình layout, không đợi đến cuối mới kiểm tra.

• Dùng grid layout và snap-to-grid để tránh lỗi sai lệch nhỏ.

• Làm quen với tool highlight DRC error tự động (Virtuoso, Magic, v.v.)

3. Mô phỏng thiếu corner (corner case simulation)

Một mạch hoạt động tốt ở điều kiện lý tưởng (TT corner) không có nghĩa là nó cũng ổn khi bán dẫn bị “già” đi, điện áp sụt hay môi trường khắc nghiệt.

Cách khắc phục:

• Mô phỏng các corner chính: TT, SS, FF, SF, FS và các nhiệt độ: -40°C, 25°C, 125°C.

• Đặc biệt với mạch analog, kiểm tra gain, noise, PSRR trong nhiều điều kiện.

• Đối với digital: kiểm tra timing margin, hold/setup delay.

4. Quên parasitic (ký sinh) sau layout

Một mạch lý tưởng hoạt động ổn nhưng khi chạy post-layout lại sai nhịp, nhiễu, thậm chí không khởi động. Nguyên nhân chính: parasitic RC (tụ và điện trở sinh ra từ dây, via…).

Cách khắc phục:

• Luôn thực hiện Parasitic Extraction (PEX) và mô phỏng lại (post-layout simulation).

• Dùng các công cụ RC extraction như Calibre, StarRC, hoặc Spectre PEX.

• So sánh kết quả pre vs post-layout để đánh giá ảnh hưởng parasitic.

5. Cấp nguồn/GND sai hoặc thiếu tầng kim loại

Thiết kế mạch mà cấp nguồn sai path, dùng metal quá nhỏ cho VDD/GND, hoặc quên decoupling cap – đều gây ra nhiễu, sụt áp, reset ảo, hoặc lỗi không đoán trước.

Cách khắc phục:

• Dùng metal tầng cao cho đường VDD/GND chính.

• Chèn decoupling capacitor tại các vị trí gần cell logic.

• Sử dụng kỹ thuật power grid layout cho mạch lớn.

✅ Tổng kết

Thiết kế vi mạch là nghệ thuật kiểm soát lỗi. Bạn càng dự đoán được lỗi trước – càng tăng xác suất tape-out thành công, giảm chi phí re-spin. Từ LVS, DRC, PEX đến mô phỏng corner – mỗi bước đều quan trọng như nhau.

Ghi nhớ: Một con chip tốt không phải là chip không có lỗi – mà là chip đã được kiểm tra mọi khả năng sai sót có thể xảy ra.