数字电路版图设计及标准单元技术补充

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：NetAreaCheck，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