数字电路版图设计规范及标准单元技术补充

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,集成电路版图设计与验证,第五章 标准单元技术,补充,标准单元技术,一般用于数字版图设计。,单元库中的标准单元按照一定的规则进行设计，以便可以堆积在一起（像积木一样）形成逻辑电路。,标准网络,标准版图系统以标准网格作为单元的对准基础，使得自动布线成为可能，并保证单元整体布置的可操作性。,以网格为基础的布线器需要遵循的,两个约束条件,：导线只能有几种固定的宽度；只能放在预先确定了坐标的网格上。,在网格式系统中不能随意设计，要遵循对准网格的规则。,标准网络,一、确定网格尺寸（是由设计规则确定的）,工艺规则：如，规定导线的最小宽度为1um，导线间最小的间隔为1um，则两条并行导线占据的最小宽度是3um,确定了导线的最小宽度和导线间的最小距离，也就确定了网格的粗细。如上述例子，两条导线中心的间距为2um，就可以根据这个规则设计一个间距为2um的网格。,布线器只能在网格上进行布线。,标准网络,沿网格布线限制了可能的布线方式，但却适合于自动布线工具的布线。,思考：一个网格式布线器是否可以对不同的金属层采用不同的网格尺寸？,标准网络,二、规则式布线器,在基于网格的布线系统中，由于每一层的线宽和间距不同，而如果要保证在上下金属层相接的时候，能够保持对准，就要以最宽那一层的网格为基准，而显然这样会浪费布线空间。,改进版本的网格式布线器：规则式布线器。对于不同的布线层，计算机不是采用固定的网格，而是按每一层的实际设计规则来布线。,标准网络,根据布线规则来设计每一个布线层的网格的大小。,基于规则的设计：在集成电路设计时，给电路中所有的尺寸规定一个标准（一般以沟道长度为单位），所有的尺寸都是这个标准长度的倍数。,可以获得更加紧凑的布线。,定向型工艺层技术,多层布线技术：一层金属的布线资源不能满足需求，需要多个金属层。,通孔：金属层之间的通路，来进行层与层之间的连接。,但是每层金属如果杂乱布线，很快也会用完资源：,定向型工艺层技术,：某一层金属线只允许水平线或者垂直线。需要转向的时候，就更换金属层，这样不会形成死结。,定向型工艺层技术,经验之谈：小的转向不必改换金属层,对于只有一两个网格的小转向，不需要使用第二层金属，在当前层解决就可以了。,转金属层会付出的,代价,：可靠性（电阻的引入、通孔的刻蚀）；占用布线资源。,网格式布线系统要求的库设计规则,一、对齐输入和输出,所有单元的输入和输出点都必须落在x网格和y网格上，否则无法利用自动布线工具进行连接。,除此之外，所有的版图对象都必须与网格相匹配，包括导线、单元、交点，都必须服从如对齐和间距这样的一些规则。,网格式布线系统要求的库设计规则,网格式布线系统要求的库设计规则,二、高度固定，宽度可变,如果库中的每一个门高度不同，就会导致版图中的电源线布线混乱。,最小单元高度的确定：通过模拟得到的晶体管尺寸，以及库的网格来决定。一般来说，所选择的高度要略大于这个最小高度。,这种技术在模拟版图设计中也经常使用。,网格式布线系统要求的库设计规则,网格式布线系统要求的库设计规则,三、确定导线规格,1-网格线确定了网格线间的最小距离，导线还可以有较大的规格。,2-网格线或3-网格线,网格式布线系统要求的库设计规则,四、共用N阱,在典型的CMOS工艺中，N阱的间距较大，要远远大于器件的间距。,因此如果让几个器件共用一个N阱，就可以节省版图资源。,网格式布线系统要求的库设计规则,网格式布线系统要求的库设计规则,五、半网格单元尺寸,如果能够将相邻的单元对接起来，会使电源线和N阱相连。但是还要保证不能将内部部件相连接，并符合他们自己的最小间距规则。,实现方法：让单元的边缘比内部导线的位置多出半个网格的宽度，可以实现上述的两个目的。,单元的上下左右四个方向都应该落在半网格位置上。,网格式布线系统要求的库设计规则,网格式布线系统要求的库设计规则,六、半尺寸设计规则,在基于网格的版图设计中，网格决定了库单元的设计。,所有的单元都必须服从半网格的规则，单元内部的部件必须与单元边缘保持半个最小距离。整个库就是根据这些约束条件建立起来的。,网格式布线系统要求的库设计规则,网格式布线系统要求的库设计规则,七、布线通道,隔行翻转,网格式布线系统要求的库设计规则,采用M2总线的供电回路：这种方法似的M1层只能走电源线和最低层次的连线，如果金属层较少，就会造成布线困难。,网格式布线系统要求的库设计规则,网格式布线系统要求的库设计规则,布线通道，使电源线和地线的宽度缩小，留出布线通道，专门用于普通连线。,M1不仅用来完成单元内部连线和电源线，还可以走其他的连线。适用于金属层较少的设计。,网格式布线系统要求的库设计规则,单元没有隔行翻转的现象,网格式布线系统要求的库设计规则,布线通道可以是所需要的任何高度。,网格式布线系统要求的库设计规则,八、天线规则,NAC二极管，是一个PN结，连接到金属，以解决天线效应。,NAC：Net Area Check，网络节点区域控制。,网格式布线系统要求的库设计规则,天线效应：在芯片生产过程中，暴露的金属线或者多晶硅(polysilicon)等导体，就象是一根根天线，会收集电荷（如等离子刻蚀产生的带电粒子）导致电位升高。天线越长，收集的电荷也就越多，电压就越高。若这片导体碰巧只接了MOS 的栅，那么高电压就可能把薄栅氧化层击穿，使电路失效，这种现象我们称之为“天线效应”。随着工艺技术的发展，栅的尺寸越来越小，金属的层数越来越多，发生天线效应的可能性就越大。,网格式布线系统要求的库设计规则,