集成電路版圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目教程 課件 3反相器版圖

《集成電路版圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目教程》2024/1/15標(biāo)準(zhǔn)單元一PDK認(rèn)知二標(biāo)準(zhǔn)單元反相器版圖設(shè)計(jì)三緩沖器版圖設(shè)計(jì)四2024/1/15項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)2024/1/15標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)，包括版圖庫(kù)、符號(hào)庫(kù)、電路邏輯庫(kù)等。包含了組合邏輯、時(shí)序邏輯、功能單元和特殊類(lèi)型單元。標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)是集成電路芯片后端設(shè)計(jì)過(guò)程中的基礎(chǔ)部分。運(yùn)用預(yù)先設(shè)計(jì)好的優(yōu)化的庫(kù)單元進(jìn)行自動(dòng)邏輯綜合和版圖布局布線，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率，加快產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。因此，有實(shí)力的集成電路設(shè)計(jì)公司及加工廠家都應(yīng)該擁有自己的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)，建立一套完整的與工藝線相對(duì)應(yīng)的、內(nèi)容豐富的、設(shè)計(jì)合理及參數(shù)正確的單元庫(kù)已成為設(shè)計(jì)必要的條件。任務(wù)3.1標(biāo)準(zhǔn)單元2024/1/15（1）標(biāo)準(zhǔn)單元種類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)單元能夠?qū)崿F(xiàn)不同邏輯功能的集成電路，按功能類(lèi)型分為組合邏輯單元、時(shí)序邏輯單元、其它功能單元。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.1標(biāo)準(zhǔn)單元單元種類(lèi)單元內(nèi)容

組合邏輯單元Inverter反相器，NOR、NAND與非門(mén)、或非門(mén)，AND、OR與、或門(mén)，BUFFER緩沖器，MUX多路選擇器，XOR、XNOR異或、同或門(mén)，AOI、OAI與或非、或與非門(mén)，Adder加法器包括全加器和半加器，Clock時(shí)鐘緩沖，延遲線，譯碼器，量化器。

時(shí)序邏輯單元Flip-Flop觸發(fā)器：如D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器等，可分為不同類(lèi)型，如不同復(fù)位/置位端組合、單端輸出或雙端輸出、單沿觸發(fā)或雙沿觸發(fā)等。LATCH鎖存器：由兩個(gè)反相器和兩個(gè)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)組成，一般是電平觸發(fā)。其電路結(jié)構(gòu)是D觸發(fā)器的一半，其中包括功能類(lèi)型和驅(qū)動(dòng)能力均不同的單元。其他功能單元各種規(guī)模的SRAM、ROM、振蕩器、上電復(fù)位電路、電壓比較器、運(yùn)算放大器、鎖相環(huán)、IO單元等。2024/1/15（2）標(biāo)準(zhǔn)單元版圖設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的設(shè)計(jì)，是按照實(shí)現(xiàn)的功能要求，優(yōu)化電路的結(jié)構(gòu)布局，實(shí)現(xiàn)小面積大密度、布線合理規(guī)整、速度快功耗低最優(yōu)設(shè)計(jì)。為了單元之間能夠無(wú)縫對(duì)接、布局布線也更有條理，每個(gè)單元中的各個(gè)端口、VDD及GND的位置，都要按規(guī)則的要求進(jìn)行，降低后面整個(gè)系統(tǒng)版圖設(shè)計(jì)的難度。標(biāo)準(zhǔn)單元版圖要求高度都一致，寬度可變。而寬度都應(yīng)為晶體管間距最小值的整數(shù)倍或半整數(shù)倍。晶體管間距一般可以為同一阱區(qū)同一摻雜區(qū)的間距（有時(shí)也為有源區(qū)的間距）。標(biāo)準(zhǔn)單元版圖設(shè)計(jì)一般有布線標(biāo)準(zhǔn)，即基于網(wǎng)格的布線或基于設(shè)計(jì)規(guī)則的布線。具體使用怎樣的設(shè)計(jì)方案，每家設(shè)計(jì)公司大多存在差異。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.1標(biāo)準(zhǔn)單元2024/1/15（3）Pitch設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元版圖要求高度用Pitch計(jì)算。Pitch是單元版圖規(guī)則的一個(gè)計(jì)量單位。標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)的單元高度，基本都是固定的，方便版圖的布局；高度，通常以Pitch作為計(jì)量單位，一般用第二層金屬布線M2的Pitch來(lái)表示。Pitch=MinSpacing+MinWidth（最小間距+最小寬度）。Pitch的計(jì)算一般有以下三種：金屬布線的中心線與中心線的距離；金屬布線通孔與通孔的距離；金屬布線中心線與通孔的距離。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.1標(biāo)準(zhǔn)單元2024/1/15（3）Pitch設(shè)計(jì)在中芯國(guó)際0.35μm工藝規(guī)則中，Pitch計(jì)算的三種方法如下：1.Pitch計(jì)算用金屬布線的中心線與中心線的距離。金屬布線M2的最小間距0.5μm,布線寬度為0.6μm。這時(shí)，Pitch值的計(jì)算公式為最小間距(0.5μm)+布線寬度(0.6μm)=1.1μm。2.Pitch計(jì)算用金屬布線通孔與通孔的距離。這時(shí)，Pitch值的計(jì)算公式為最小間距(0.5μm)+2倍的金屬布線M2包圍通孔的最小包圍0.15μm+布線寬度(0.6μm)=1.4μm。3.Pitch計(jì)算用金屬布線中心線與通孔的距離。這時(shí)，Pitch值的計(jì)算公式為最小間距(0.5μm)+1倍的金屬布線M2包圍通孔的最小包圍0.15μm+布線寬度(0.6μm)=1.25μm。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.1標(biāo)準(zhǔn)單元ThankYou!2024/1/15李亮《集成電路版圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目教程》2024/1/15標(biāo)準(zhǔn)單元PDK認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)單元反相器版圖設(shè)計(jì)三緩沖器版圖設(shè)計(jì)四2024/1/15二一項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)2024/1/15（1）PDK介紹一般情況下，芯片制造公司（Foundry）會(huì)提供一個(gè)工藝設(shè)計(jì)工具包（PDK）文件。Foundry提供的PDK是連接制造工廠與設(shè)計(jì)公司的一個(gè)很重要的橋梁！1.PDK主要包含：1.器件模型(DeviceModel)：由Foundry提供的仿真模型文件；Symbols&View：用于原理圖設(shè)計(jì)的符號(hào)，參數(shù)化的設(shè)計(jì)單元都通過(guò)了Spice仿真的驗(yàn)證；2.CDF(ComponentDescriptionFormat,組件描述格式)&Callback：器件的屬性描述文件，定義了器件類(lèi)型、器件名稱(chēng)、器件參數(shù)及參數(shù)調(diào)用關(guān)系函數(shù)集Callback、器件模型、器件的各種視圖格式等；3.Pcell(ParameterizedCell，參數(shù)化單元)：它由Cadence的Skill語(yǔ)言編寫(xiě)，其對(duì)應(yīng)的版圖通過(guò)了DRC和LVS驗(yàn)證，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行SchematicDrivenLayout(原理圖驅(qū)動(dòng)的版圖)設(shè)計(jì)流程；4.技術(shù)文件(TechnologyFile)：用于版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的工藝文件，包含GDSII的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)層和工藝層的映射關(guān)系定義、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)層的屬性定義、在線設(shè)計(jì)規(guī)則、電氣規(guī)則、顯示色彩定義和圖形格式定義等；5.PVRule(物理驗(yàn)證規(guī)則)文件：包含版圖驗(yàn)證文件DRC/LVS/RC提取,支持Cadence的Diva、Dracula、Assura和Mentor的Calibre驗(yàn)證工具等。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.2

PDK認(rèn)知2024/1/15（2）PDK的開(kāi)發(fā)介紹由晶圓廠提供的工藝信息，包括了設(shè)計(jì)規(guī)則文件、電學(xué)規(guī)則文件、版圖層次定義文件、SPICE仿真模型、器件版圖和器件定制參數(shù)。晶圓廠提供的工藝信息是開(kāi)發(fā)PDK唯一的輸入條件，利用它們?cè)赑AS(PDKAutomationSystem)中開(kāi)發(fā)GTE(GraphicalTechnologyEditor，圖形化技術(shù)編輯器)的數(shù)據(jù)集，即可生成PDK的各種工具包。1.技術(shù)文件：在PASGTE中，技術(shù)文件中的層次定義方法是和Virtuoso版圖編輯器一致的。在技術(shù)文件和顯示文件都已經(jīng)存在的情況下，就可以把這些文件直接輸入到PASGTE中。2.PVRule文件：PASGTE可以讓用戶用圖形化的方式定制與DRC/LVS/RCX文件有關(guān)的工藝技術(shù)信息。3.Pcell和CDF：Pcell是參數(shù)化的單元，這里的參數(shù)指的就是CDF參數(shù)。它們的組合能夠?qū)崿F(xiàn)用戶定制的所有功能，是PDK的核心部分。PDK的Pcell和CDF都是由SKILL語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。關(guān)于PDK的熟悉與使用是每個(gè)版圖設(shè)計(jì)人員必須具備的能力。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.2

PDK認(rèn)知2024/1/15（3）標(biāo)準(zhǔn)Cell介紹對(duì)于版圖設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，Pcell需要自己來(lái)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)方法和使用方法后面課程會(huì)詳細(xì)介紹。還需要根據(jù)工藝文件設(shè)計(jì)一些常用的標(biāo)準(zhǔn)單元（Cell），這些Cell在后面的版圖設(shè)計(jì)中會(huì)經(jīng)常用到。

一般芯片制造公司會(huì)提供PDK，更多的設(shè)計(jì)公司自己會(huì)設(shè)計(jì)這些標(biāo)準(zhǔn)版圖單元以滿足本公司版圖的需要，需要掌握如何去設(shè)計(jì)這些Cell。在版圖設(shè)計(jì)中，對(duì)于給定的制造工藝，接觸孔和通孔的大小是固定的。那么，可以做一個(gè)和接觸孔或通孔相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)Cell，該單元中包含接觸孔或通孔的頂層和底層的工藝層。因?yàn)樗枪潭ù笮『凸に噷拥?，在以后的版圖設(shè)計(jì)中可以反復(fù)多次的調(diào)用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)單元。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.2

PDK認(rèn)知ThankYou!2024/1/15李亮《集成電路版圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目教程》2024/1/15標(biāo)準(zhǔn)單元PDK認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)單元反相器版圖設(shè)計(jì)二緩沖器版圖設(shè)計(jì)四2024/1/15三一項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)2024/1/15（1）反相器電路圖CMOS反相器的晶體管電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，它是由一個(gè)PMOS管和一個(gè)NMOS管連接而成，那么就能夠依據(jù)電路圖來(lái)設(shè)計(jì)反相器的版圖了。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.3標(biāo)準(zhǔn)單元反相器版圖設(shè)計(jì)CMOS反相器的符號(hào)圖、電路圖和真值表。2024/1/15（2）反相器版圖電路圖中兩個(gè)晶體管的柵極連在一起，作為反相器的輸入；兩個(gè)晶體管的漏極連接在一起，作為反相器的輸出；PMOS的源極和襯底與電源相連，NMOS晶體管的源極和襯底與地相連。對(duì)應(yīng)在版圖設(shè)計(jì)中，兩個(gè)晶體管柵極的連接通過(guò)多晶硅來(lái)實(shí)現(xiàn)，柵極與外界信號(hào)的連接通過(guò)在多晶硅上加接觸孔和金屬層來(lái)實(shí)現(xiàn)；漏極的連接通過(guò)金屬層來(lái)實(shí)現(xiàn)；襯底與電源或地的連接通過(guò)在襯底上加接觸孔和金屬層來(lái)實(shí)現(xiàn)，源極和電源或地的連接也是通過(guò)金屬層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.3標(biāo)準(zhǔn)單元反相器版圖設(shè)計(jì)反相器的版圖和晶體管級(jí)電路圖標(biāo)準(zhǔn)單元PDK認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)單元反相器版圖設(shè)計(jì)二緩沖器版圖設(shè)計(jì)三2024/1/15四一項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)2024/1/15（1）緩沖器電路圖

多個(gè)反相器串聯(lián)在一起可以構(gòu)成緩沖器(Buffer)。如果有偶數(shù)個(gè)反相器串聯(lián)在一起，則輸入和輸出的邏輯是相同的。如果有奇數(shù)個(gè)反相器串聯(lián)在一起，則輸入和輸出的邏輯是相反的。緩沖器提供了電信號(hào)的整形，并為大的扇出負(fù)載提供了更大的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.4緩沖器版圖設(shè)計(jì)2024/1/15（2）緩沖器版圖利用反相器版圖來(lái)進(jìn)行緩沖器的版圖設(shè)計(jì)。繪制版圖時(shí)可以復(fù)制第一個(gè)反相器，在第一個(gè)反相器后面黏貼放置第二個(gè)反相器，然后用金屬線將第一個(gè)反相器的輸出連接至第二個(gè)反相器的輸入即可。項(xiàng)目3反相器版圖設(shè)計(jì)任務(wù)3.4緩沖器版圖設(shè)計(jì)2024/1/15（3）層次化設(shè)計(jì)在版圖設(shè)計(jì)中，大多數(shù)不采用直接復(fù)制的方法來(lái)繪制具有相同功能的版圖，這種方法的最大缺點(diǎn)是：當(dāng)有一個(gè)晶體管的尺寸發(fā)生變化時(shí)，其他所有被復(fù)制的晶體管的尺寸都要進(jìn)行相應(yīng)的修改，這就增加了版圖修改的工作量。在版圖設(shè)計(jì)中，大多數(shù)采用層次化設(shè)計(jì)。層次化設(shè)計(jì)，它含有引用或使用其它版圖單元Ce