冰箱溫度控制器 IC - SKY130 PDK

使用 SKY130 開源 PDK 設計的數位溫度控制器 IC，展示完整的 RTL 到 GDSII 設計流程。

🎯 專案特色

• 完整數位設計流程：從規格到 GDSII
• 開源工具鏈：Yosys + OpenLane + SKY130 PDK
• 實用應用：家用冰箱溫度控制
• 教學導向：詳細文檔和範例

📋 系統規格

• 溫度範圍：-20°C ~ +10°C
• 控制精度：±0.5°C
• 控制演算法：數位 PID
• 工作頻率：10 MHz
• 製程技術：SKY130 (130nm)
• 晶片面積：< 0.5 mm²
• 功耗目標：< 5 mW

🏗️ 專案結構

fridge_temp_controller_sky130/
├── docs/                    # 📚 完整設計文檔
│   ├── 01_getting_started/  # 入門指南
│   ├── 02_design/          # 設計文件
│   ├── 03_verification/    # 驗證文件
│   ├── 04_tutorials/       # 教學材料
│   ├── 05_implementation/  # 實作指南
│   └── 06_reference/       # 參考資源
├── rtl/                    # RTL 設計檔案
│   ├── temp_ctrl_top.v     # 頂層模組
│   ├── adc_spi_interface.v # ADC SPI 介面
│   ├── pid_controller.v    # PID 控制器
│   ├── pwm_generator.v     # PWM 產生器
│   └── display_controller.v # 顯示控制器
├── testbench/             # 測試平台
│   ├── temp_ctrl_top_tb.v
│   ├── pid_controller_tb.v
│   └── Makefile
├── synthesis/             # 合成腳本
│   ├── synth_top.ys
│   ├── constraints.sdc
│   └── run_synthesis.sh
├── openlane/             # OpenLane 配置
│   ├── config.json
│   ├── base.sdc
│   ├── pdn.tcl
│   └── run_openlane.sh
└── quickstart.sh         # 快速開始腳本

🚀 快速開始

環境需求

• Ubuntu 20.04+ 或相容系統
• 至少 8GB RAM
• 20GB 可用硬碟空間

安裝步驟

1. 安裝基礎工具

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y git make python3 python3-pip iverilog gtkwave yosys

2. 安裝 SKY130 PDK

export PDK_ROOT=$HOME/pdk
git clone https://github.com/google/skywater-pdk.git
cd skywater-pdk
# 按照官方說明完成安裝

3. 安裝 OpenLane

git clone https://github.com/The-OpenROAD-Project/OpenLane.git
cd OpenLane
make

4. 克隆專案

git clone git@github.com:marcus888-techstack/test-fridge_temp_controller_sky130.git
cd fridge_temp_controller_sky130

執行模擬

cd testbench
make sim_top      # 執行頂層測試
make wave_top     # 查看波形

執行合成

cd synthesis
./run_synthesis.sh

執行 OpenLane

cd openlane
./run_openlane.sh
# 選擇 1 執行完整流程

📊 設計指標

指標	目標	實際
工作頻率	10 MHz	TBD
晶片面積	< 0.5 mm²	TBD
功耗	< 5 mW	TBD
邏輯閘數	-	TBD
暫存器數	-	TBD

🔧 主要功能模組

1. ADC SPI 介面

• 12-bit 解析度
• 1 MHz SPI 時脈
• 支援多通道

2. PID 控制器

• 16-bit 定點運算
• 可調整 Kp、Ki、Kd
• 抗積分飽和

3. PWM 產生器

• 10-bit 解析度
• 1 kHz 頻率
• 軟啟動/停止

4. 顯示控制器

• 4 位數七段顯示
• 溫度顯示格式：XX.X°C
• 多工掃描

📝 文檔

完整的專案文檔已經按照學習路徑和專業領域進行組織。請訪問 📚 文檔中心 查看：

• 🌱 初學者路徑 - 從系統規格到 SPI 教學的循序漸進學習
• 🔧 設計工程師路徑 - RTL 實作、架構設計與驗證策略
• 🏗️ 物理設計路徑 - 合成、OpenLane 流程與 PDK 使用指南

快速連結

• 新手入門指南
• 系統規格書
• SPI 深入教學
• GTKWave 驗證指南

🧪 測試覆蓋率

• 單元測試
  • PID 控制器
  • PWM 產生器
  • ADC 介面
  • 顯示控制器
• 整合測試
• 時序驗證
• 功耗分析

🛠️ 開發工具

• RTL 設計：Verilog
• 模擬器：Icarus Verilog
• 波形檢視：GTKWave
• 合成：Yosys
• 實體設計：OpenLane
• PDK：SKY130

📈 專案進度

• 系統規格定義
• 架構設計
• RTL 實作
• 功能驗證
• 邏輯合成
• OpenLane 設置
• 實體設計完成
• DRC/LVS 驗證
• 最終 GDSII

🤝 貢獻指南

歡迎提交 Issue 和 Pull Request！

1. Fork 專案
2. 建立功能分支 (git checkout -b feature/AmazingFeature)
3. 提交變更 (git commit -m 'Add some AmazingFeature')
4. 推送分支 (git push origin feature/AmazingFeature)
5. 開啟 Pull Request

📄 授權

本專案採用 Apache License 2.0 - 詳見 LICENSE 檔案

🙏 致謝

• Google/SkyWater 提供開源 PDK
• OpenLane 團隊提供自動化流程
• 開源 EDA 社群的支援

📞 聯絡資訊

• 專案維護者：IC Design Team
• 專案儲存庫：GitHub
• 問題回報：GitHub Issues
• 討論區：GitHub Discussions

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注意：本專案為教學示範用途，實際製造前需要完整的驗證流程。