數(shù)字電路版圖設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)單元技術(shù)_補充

1、集成電路版圖設(shè)計與驗證第五章 標(biāo)準(zhǔn)單元技術(shù)補充標(biāo)準(zhǔn)單元技術(shù)v一般用于數(shù)字版圖設(shè)計。v單元庫中的標(biāo)準(zhǔn)單元按照一定的規(guī)則進行設(shè)計，以便可以堆積在一起（像積木一樣）形成邏輯電路。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) v標(biāo)準(zhǔn)版圖系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格作為單元的對準(zhǔn)基礎(chǔ)，使得自動布線成為可能，并保證單元整體布置的可操作性。v以網(wǎng)格為基礎(chǔ)的布線器需要遵循的兩個約束條件：導(dǎo)線只能有幾種固定的寬度；只能放在預(yù)先確定了坐標(biāo)的網(wǎng)格上。 v在網(wǎng)格式系統(tǒng)中不能隨意設(shè)計，要遵循對準(zhǔn)網(wǎng)格的規(guī)則。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)v一、確定網(wǎng)格尺寸（是由設(shè)計規(guī)則確定的）v工藝規(guī)則：如，規(guī)定導(dǎo)線的最小寬度為1um，導(dǎo)線間最小的間隔為1um，則兩條并行導(dǎo)線占據(jù)的最小寬度是3umv確定了導(dǎo)

2、線的最小寬度和導(dǎo)線間的最小距離，也就確定了網(wǎng)格的粗細。如上述例子，兩條導(dǎo)線中心的間距為2um，就可以根據(jù)這個規(guī)則設(shè)計一個間距為2um的網(wǎng)格。v布線器只能在網(wǎng)格上進行布線。 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)v沿網(wǎng)格布線限制了可能的布線方式，但卻適合于自動布線工具的布線。v思考：一個網(wǎng)格式布線器是否可以對不同的金屬層采用不同的網(wǎng)格尺寸？標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)v二、規(guī)則式布線器v在基于網(wǎng)格的布線系統(tǒng)中，由于每一層的線寬和間距不同，而如果要保證在上下金屬層相接的時候，能夠保持對準(zhǔn)，就要以最寬那一層的網(wǎng)格為基準(zhǔn)，而顯然這樣會浪費布線空間。v改進版本的網(wǎng)格式布線器：規(guī)則式布線器。對于不同的布線層，計算機不是采用固定的網(wǎng)格，而是按每一層的實際設(shè)

3、計規(guī)則來布線。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)v根據(jù)布線規(guī)則來設(shè)計每一個布線層的網(wǎng)格的大小。v基于規(guī)則的設(shè)計：在集成電路設(shè)計時，給電路中所有的尺寸規(guī)定一個標(biāo)準(zhǔn)（一般以溝道長度為單位），所有的尺寸都是這個標(biāo)準(zhǔn)長度的倍數(shù)。v可以獲得更加緊湊的布線。定向型工藝層技術(shù)v多層布線技術(shù)：一層金屬的布線資源不能滿足需求，需要多個金屬層。v通孔：金屬層之間的通路，來進行層與層之間的連接。v但是每層金屬如果雜亂布線，很快也會用完資源：v定向型工藝層技術(shù)：某一層金屬線只允許水平線或者垂直線。需要轉(zhuǎn)向的時候，就更換金屬層，這樣不會形成死結(jié)。定向型工藝層技術(shù)v經(jīng)驗之談：小的轉(zhuǎn)向不必改換金屬層v對于只有一兩個網(wǎng)格的小轉(zhuǎn)向，不需要使用第二層金屬

4、，在當(dāng)前層解決就可以了。v轉(zhuǎn)金屬層會付出的代價：可靠性（電阻的引入、通孔的刻蝕）；占用布線資源。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v一、對齊輸入和輸出v所有單元的輸入和輸出點都必須落在x網(wǎng)格和y網(wǎng)格上，否則無法利用自動布線工具進行連接。v除此之外，所有的版圖對象都必須與網(wǎng)格相匹配，包括導(dǎo)線、單元、交點，都必須服從如對齊和間距這樣的一些規(guī)則。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v二、高度固定，寬度可變v如果庫中的每一個門高度不同，就會導(dǎo)致版圖中的電源線布線混亂。v最小單元高度的確定：通過模擬得到的晶體管尺寸，以及庫的網(wǎng)格來決定。一般來說，所選擇的高度要略大于這個最小高度。v這

5、種技術(shù)在模擬版圖設(shè)計中也經(jīng)常使用。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v三、確定導(dǎo)線規(guī)格v1-網(wǎng)格線確定了網(wǎng)格線間的最小距離，導(dǎo)線還可以有較大的規(guī)格。v2-網(wǎng)格線或3-網(wǎng)格線網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v四、共用N阱v在典型的CMOS工藝中，N阱的間距較大，要遠遠大于器件的間距。v因此如果讓幾個器件共用一個N阱，就可以節(jié)省版圖資源。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v五、半網(wǎng)格單元尺寸v如果能夠?qū)⑾噜彽膯卧獙悠饋?，會使電源線和N阱相連。但是還要保證不能將內(nèi)部部件相連接，并符合他們自己的最小間距規(guī)則。v實現(xiàn)方法：讓單元的邊緣比內(nèi)部導(dǎo)線的位置多

6、出半個網(wǎng)格的寬度，可以實現(xiàn)上述的兩個目的。v單元的上下左右四個方向都應(yīng)該落在半網(wǎng)格位置上。 網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v六、半尺寸設(shè)計規(guī)則v在基于網(wǎng)格的版圖設(shè)計中，網(wǎng)格決定了庫單元的設(shè)計。v所有的單元都必須服從半網(wǎng)格的規(guī)則，單元內(nèi)部的部件必須與單元邊緣保持半個最小距離。整個庫就是根據(jù)這些約束條件建立起來的。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v七、布線通道v隔行翻轉(zhuǎn)網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v采用M2總線的供電回路：這種方法似的M1層只能走電源線和最低層次的連線，如果金屬層較少，就會造成布線困難。 網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則網(wǎng)格

7、式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v布線通道，使電源線和地線的寬度縮小，留出布線通道，專門用于普通連線。 vM1不僅用來完成單元內(nèi)部連線和電源線，還可以走其他的連線。適用于金屬層較少的設(shè)計。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v單元沒有隔行翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象 網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v布線通道可以是所需要的任何高度。 網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v八、天線規(guī)則vNAC二極管，是一個PN結(jié)，連接到金屬，以解決天線效應(yīng)。vNAC：Net Area Check，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點區(qū)域控制。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)則v天線效應(yīng)：在芯片生產(chǎn)過程中，暴露的金屬線或者多晶硅(polysilicon)等導(dǎo)體，就象是一根根天線，會收集電荷（如等離子刻蝕產(chǎn)生的帶電粒子）導(dǎo)致電位升高。天線越長，收集的電荷也就越多，電壓就越高。若