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標(biāo)準(zhǔn)單元技術(shù)第1頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign2邏輯單元庫(kù)是ASIC設(shè)計(jì)流程中用到的構(gòu)建模塊的集合。由于這種庫(kù)具有通用接口實(shí)現(xiàn)和規(guī)則結(jié)構(gòu),所以通常稱為“標(biāo)準(zhǔn)單元”庫(kù)。開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)的原因:對(duì)于全定制設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),獨(dú)立模塊的規(guī)模過(guò)于龐大和復(fù)雜,因此就存在著加快電路和版圖設(shè)計(jì)過(guò)程的需要。缺乏具有手工實(shí)現(xiàn)復(fù)雜全定制模塊設(shè)計(jì)能力的專業(yè)人員,而自動(dòng)化工具緩解了這個(gè)問(wèn)題。典型加工工藝的進(jìn)步,包括布線金屬層從1層金屬增加到2層金屬或3層金屬。對(duì)最佳結(jié)果的實(shí)現(xiàn),這進(jìn)一步增加了全定制版圖設(shè)計(jì)過(guò)程的復(fù)雜性。甚至在全定制設(shè)計(jì)流程中,當(dāng)構(gòu)建模塊以預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí),規(guī)模在20個(gè)單元以上的布局布線會(huì)更加容易。而單元接口的標(biāo)準(zhǔn)化在庫(kù)中就可以實(shí)現(xiàn)了。開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)的原因第2頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign3雖然標(biāo)準(zhǔn)單元主要用于專用集成電路(ASIC)設(shè)計(jì),然而這一設(shè)計(jì)方法也廣泛應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)全定制設(shè)計(jì)中的“不規(guī)整邏輯”。一個(gè)典型的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)由幾百個(gè)單元,而高級(jí)的庫(kù)則有1000個(gè)以上的單元。有些單元庫(kù)會(huì)針對(duì)低功耗、高速和高空隙率而進(jìn)行專門設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)。
空隙率:可全部用于布線的面積與整個(gè)單元面積的比率。經(jīng)典的布線器是以基于網(wǎng)格的。網(wǎng)格布線器要遵循的約束條件:導(dǎo)線只能有幾種固定的寬度;導(dǎo)線只能放在預(yù)先確定了坐標(biāo)的網(wǎng)格上。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouter第3頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign4“l(fā)ayerrules”和“physicalrules”都在庫(kù)文件“techfile”中。一般“techfile”中包含以下內(nèi)容:
CONTROLS:“maskGrid0.01”LAYERDEFINITIONLAYERRULESPHYSICALRULESDEVICESLXRULES標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouter第4頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign5techfile-LAYERRULES
標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouter“POLY2”isconnectedto“MET1”with“CNT”;“MET1”isconnectedto“MET2”with“VIA1”;……
第5頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign6techfile-PHYSICALRULES
標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouterpleaserememberthesedefinitions:width、space、area、enclosure、overlap、extension第6頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign7techfile-PHYSICALRULES最小寬度minWidth:封閉幾何圖形的內(nèi)邊之間的距離。
標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouter
在利用DRC(設(shè)計(jì)規(guī)則檢查)對(duì)版圖進(jìn)行幾何規(guī)則檢查時(shí),對(duì)于寬度低于規(guī)則中指定的最小寬度的幾何圖形,工具將會(huì)給出錯(cuò)誤的提示。第7頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign8techfile-PHYSICALRULES最小間距minSpacing:各幾何圖形外邊界之間的距離。
標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouter第8頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign9techfile-PHYSICALRULES最小交疊minOverlap:
交疊有兩種形式:
a.一幾何圖形內(nèi)邊界到另一圖形的內(nèi)邊界長(zhǎng)度(overlap)
b.一幾何圖形外邊界到另一圖形的內(nèi)邊界長(zhǎng)度(extension)
標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouter第9頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign10techfile-PHYSICALRULES
標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouterpleasekeeptheserulesinyourmindanddon’tviolatethemwhenyoulayout.第10頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign11techfile-PHYSICALRULES
標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouterThewidthof“NWELL”mustbegreaterthanorequaltothe“minWidth=1.2microns”;andthespaceoftwo“NWELLs”mustbegreaterthanorequaltothe“minSpacing=0.6microns”.NWELLNWELL≧minSpacing≧minWidth第11頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign12coarsegridexample:
標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouterMinimumwireis1micron,minimumspacingis1micron,therefore,ourtwowiresuse3microns,andwehaveestablishedcenter-to-centergridspacingof2micronsforthisprocess.2microns1microns1microns1microns第12頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign13標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-網(wǎng)格式布線器grid-basedrouterdeterminingourminimumwirewidthsandminimumspacingbetweenwiresdictatehowcoarseorfineourgridwillbe.“designrulesdeterminegridsize.”thegrid-basedroutercanonlyplacewiresalongourgridlines,fromintersectiontointersection.第13頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign14標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格-規(guī)則式布線器rule-basedrouter不同工藝層上的金屬線寬及其間距都有不同的最小寬度,如果我們要使所有的網(wǎng)格都采用同樣的尺寸,那么我們只能統(tǒng)一地采用芯片上尺寸要求最大的那個(gè)工藝層上的尺寸?!皉ule-basedrouter:usestherealdesignrulesforeachlayer,insteadofusingafixedgrid.”大多數(shù)人采用grid-basedrouter,因?yàn)樗?jiǎn)單;如果采用rule-basedrouter,緊湊,節(jié)省版圖空間。第14頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign15thedifferencebetween“via”and“contact”:contact:connectthemetalsofdifferentlayersvia:connecttheterminaltometal
generallyspeaking,thedefaultpreferredroutingdirection:metal1-horizontalmetal2-verticalmetal3-horizontalmetal4-vertical定向型工藝層技術(shù)routingsimplybenefitreducecross-talk第15頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign16“小的轉(zhuǎn)向不必改換金屬層”
(注:此處的“小”指只有一兩個(gè)網(wǎng)格的轉(zhuǎn)向)原因:
1.如果用metal2來(lái)安排這些小而短的轉(zhuǎn)向,就再也不能在他們之間提供另外的布線機(jī)會(huì)了;
2.可能會(huì)造成很高的電阻;
3.via不易刻蝕。定向型工藝層技術(shù)unnecessary,othermetal2scantroutehere第16頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign17對(duì)齊輸入輸出:輸入A和輸出Z不能隨意放置。它們必須像所有的連線一樣位于同樣的網(wǎng)格上。保證標(biāo)準(zhǔn)單元的所有輸入輸出不僅在x網(wǎng)格上,還要在y網(wǎng)格上。要保證自動(dòng)布線軟件在水平方向和垂直方向都能找到它們。保證所有的庫(kù)單元以及庫(kù)單元內(nèi)部的器件符合網(wǎng)格規(guī)則。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則AZPNVDDVSS第17頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign18高度固定,寬度可變:為了保持結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一,所有的門都必須服從固定高度設(shè)置。如果需要有較大驅(qū)動(dòng)能力的晶體管,只要使單元變寬并分割晶體管使之能放在軌線之內(nèi)就可以了。最小單元高度由通過(guò)模擬得到的晶體管尺寸以及為庫(kù)所選擇的網(wǎng)格決定。一般選擇的高度要略大于這個(gè)最小高度,來(lái)作為電源線和地線的布線溝道。采用高度固定的庫(kù)的優(yōu)點(diǎn):如將所有的門挨個(gè)擺放,電源線、地線就很容易布線。數(shù)字庫(kù):高度固定,寬度可變。(fixedheight,variablewidth.)
大多數(shù)庫(kù)都是這樣的。對(duì)于數(shù)字版圖,特別是標(biāo)準(zhǔn)單元版圖,是唯一可行的方式。在模擬版圖設(shè)計(jì)中也非常有用,甚至是全定制的AIC。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則第18頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign19公用N阱:典型的CMOS工藝通常都有一個(gè)關(guān)于N阱間距的規(guī)則,這個(gè)間距要求很大,而晶體管的間距要求,要比N阱的間距小得多??梢栽O(shè)計(jì)一個(gè)大的單個(gè)的N阱來(lái)節(jié)省空間。
N阱間距限制晶體管間距限制網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則nwellspacingdevicespacing第19頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign20如果軌線延伸到單元邊緣,那么把這些單元對(duì)接,就形成了一條很長(zhǎng)的電源軌線帶。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則powerground第20頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign21半網(wǎng)格單元尺寸:half-gridcellsizing所有單元內(nèi)部的導(dǎo)線都處于網(wǎng)格上,而相互對(duì)接單元的邊緣落在兩條網(wǎng)格線的中間,即處于半個(gè)網(wǎng)格的位置上。由于單元可以在各個(gè)方向?qū)?,所以一個(gè)單元的每一邊(上、下、左、右)都應(yīng)當(dāng)落在半個(gè)網(wǎng)格的位置上。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則powerrailbuttingedgeson-gridwiregridpoint第21頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign22半尺寸設(shè)計(jì)規(guī)則:half-designrule為了使兩個(gè)對(duì)接單元間的晶體管也有最小間距,每一個(gè)晶體管就應(yīng)當(dāng)距離單元邊沿至少有一半的最小間距。網(wǎng)格決定了庫(kù)單元的設(shè)計(jì)。每一樣?xùn)|西都必須放在網(wǎng)格上,所有的單元都必須服從半網(wǎng)格的規(guī)則。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則powerrailbuttingedgesgridpointminimumdistancehalfminimumdistance第22頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign23布線通道:routingchannels在標(biāo)準(zhǔn)單元中,電源線和地線可能和單元統(tǒng)一尺寸,即到邊沿為止。當(dāng)把許多這樣的單元放到一起成排時(shí),單元線和地線就相互對(duì)接了起來(lái),形成了vdd和vss帶。當(dāng)有很多行和列的單元時(shí),單元行交替反轉(zhuǎn)才能使vdd和vss連接點(diǎn)接觸利于布線。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則VDDVSSVDDVSSVSSVDDVDD第23頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign24布線通道:routingchannels如果有許多的金屬層,電源軌線和單元的尺寸一樣是極好的辦法,設(shè)計(jì)可以非常緊湊,可以用metal3/4/5來(lái)滿足其他布線需要。對(duì)于只有極少數(shù)金屬層的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)所采用的一個(gè)策略就是,在單元結(jié)構(gòu)的上下即軌線的外面留出一些空隙,這些空隙就是所謂的布線通道。布線通道可以是所希望的任何高度。這樣做的好處:
1.留出空間供布線;
2.單元無(wú)需翻轉(zhuǎn);
3.易于軟件編程。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則第24頁(yè),課件共27頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月schoolofphyebasicsoficlayoutdesign25
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