1、第五章規(guī)范單元技術(shù). 規(guī)范單元技術(shù) standard cell techniques開發(fā)規(guī)范單元庫的緣由規(guī)范網(wǎng)格 定向型工藝層技術(shù) 網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么規(guī)范輸入輸出單元 2.邏輯單元庫是ASIC設(shè)計流程中用到的構(gòu)建模塊的集合。由于這種庫具有通用接口實現(xiàn)和規(guī)那么構(gòu)造，所以通常稱為“規(guī)范單元庫。開發(fā)規(guī)范單元庫的緣由：對于全定制設(shè)計來說，獨立模塊的規(guī)模過于龐大和復(fù)雜，因此就存在著加快電路和幅員設(shè)計過程的需求。缺乏具有手工實現(xiàn)復(fù)雜全定制模塊設(shè)計才干的專業(yè)人員，而自動化工具緩解了這個問題。典型加工工藝的提高，包括布線金屬層從1層金屬添加到2層金屬或3層金屬。對最正確結(jié)果的實現(xiàn)，這進一步添加了

2、全定制幅員設(shè)計過程的復(fù)雜性。甚至在全定制設(shè)計流程中，當構(gòu)建模塊以預(yù)定義的規(guī)范來實現(xiàn)時，規(guī)模在20個單元以上的規(guī)劃布線會更加容易。而單元接口的規(guī)范化在庫中就可以實現(xiàn)了。開發(fā)規(guī)范單元庫的緣由3.雖然規(guī)范單元主要用于公用集成電路ASIC設(shè)計，然而這一設(shè)計方法也廣泛運用于實現(xiàn)全定制設(shè)計中的“不規(guī)整邏輯。一個典型的規(guī)范單元庫由幾百個單元，而高級的庫那么有1000個以上的單元。有些單元庫會針對低功耗、高速和高空隙率而進展專門設(shè)計、開發(fā)。 空隙率：可全部用于布線的面積與整個單元面積的比率。經(jīng)典的布線器是以基于網(wǎng)格的。網(wǎng)格布線器要遵照的約束條件： 導(dǎo)線只能有幾種固定的寬度； 導(dǎo)線只能放在預(yù)先確定了坐標的網(wǎng)格上

3、。規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based router4.“l(fā)ayer rules和“physical rules都在庫文件“techfile中。普通“techfile中包含以下內(nèi)容： CONTROLS：“maskGrid 0.01 LAYER DEFINITION LAYER RULES PHYSICAL RULES DEVICES LX RULES 規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based router5.techfile - LAYER RULES 規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based router“POLY2 is connected to “MET1 w

4、ith “CNT;“MET1 is connected to “MET2 with “VIA1; 6.techfile - PHYSICAL RULES 規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based routerplease remember these definitions:width、space、area、enclosure、overlap、extension7.techfile - PHYSICAL RULES最小寬度minWidth:封鎖幾何圖形的內(nèi)邊之間的間隔。 規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based router 在利用DRC設(shè)計規(guī)那么檢查對幅員進展幾何規(guī)那么檢查時

5、，對于寬度低于規(guī)那么中指定的最小寬度的幾何圖形，工具將會給出錯誤的提示。8.techfile - PHYSICAL RULES最小間距minSpacing:各幾何圖形外邊境之間的間隔。 規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based router9.techfile - PHYSICAL RULES最小交疊minOverlap: 交疊有兩種方式： a. 一幾何圖形內(nèi)邊境到另一圖形的內(nèi)邊境長度overlap b. 一幾何圖形外邊境到另一圖形的內(nèi)邊境長度extension 規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based router10.techfile - PHYSICAL RULES 規(guī)范

6、網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based routerplease keep these rules in your mind and dont violate them when you layout.11.techfile - PHYSICAL RULES 規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based routerThe width of “N WELL must be greater than or equal to the “minWidth=1.2 microns;and the space of two “N WELLs must be greater than or eq

7、ual to the minSpacing=0.6 microns.N WELLN WELLminSpacingminWidth12.coarse grid example: 規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based routerMinimum wire is 1 micron, minimum spacing is 1 micron, therefore, our two wires use 3 microns, and we have established center-to-center grid spacing of 2 microns for this process.2

8、microns1 microns1 microns1 microns最小金屬線越寬，或金屬線間必需相隔得越遠，網(wǎng)格也就越大 13.規(guī)范網(wǎng)格 - 網(wǎng)格式布線器 grid-based routerdetermining our minimum wire widths and minimum spacing between wires dictate how coarse or fine our grid will be.最小金屬線越寬，或金屬線間必需相隔得越遠，網(wǎng)格也就越大; “design rules determine grid size.the grid-based router can o

9、nly place wires along our grid lines, from intersection to intersection.14.規(guī)范網(wǎng)格 - 規(guī)那么式布線器 rule-based router不同工藝層上的金屬線寬及其間距都有不同的最小寬度，假設(shè)我們要使一切的網(wǎng)格都采用同樣的尺寸，那么我們只能一致地采用芯片上尺寸要求最大的那個工藝層上的尺寸?！皉ule-based router: uses the real design rules for each layer, instead of using a fixed grid.大多數(shù)人采用grid-based router，

10、由于它簡單； 假設(shè)采用rule-based router，緊湊，節(jié)省幅員空間。15.規(guī)范網(wǎng)格 - 規(guī)那么式布線器 rule-based router對每一層采用不同的網(wǎng)格尺寸，但這會使我們很難把一切的接觸孔和通孔都對齊并落在每一層垂直和程度網(wǎng)格線的交點上。 16.the difference between “via and “contact: contact： connect the metals of different layers via: connect the terminal to metal generally speaking, the default preferred r

11、outing direction: metal 1 - horizontal metal 2 - vertical metal 3 - horizontal metal 4 - vertical 定向型工藝層技術(shù) routing simplybenefit reduce cross-talk17.“小的轉(zhuǎn)向不用改換金屬層 注：此處的“小指只需一兩個網(wǎng)格的轉(zhuǎn)向緣由： 1. 假設(shè)用metal 2來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時機了； 2. 能夠會呵斥很高的電阻； 3. via不易刻蝕。定向型工藝層技術(shù)unnecessary,other metal2s cant rout

12、e here18.對齊輸入輸出：輸入A和輸出Z不能隨意放置。它們必需像一切的連線一樣位于同樣的網(wǎng)格上。保證規(guī)范單元的一切輸入輸出不僅在x網(wǎng)格上，還要在y網(wǎng)格上。要保證自動布線軟件在程度方向和垂直方向都能找到它們。保證一切的庫單元以及庫單元內(nèi)部的器件符合網(wǎng)格規(guī)那么。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么AZPNVDDVSS19.高度固定，寬度可變：為了堅持構(gòu)造的一致，一切的門都必需服從固定高度設(shè)置。假設(shè)需求有較大驅(qū)動才干的晶體管，只需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。最小單元高度由經(jīng)過模擬得到的晶體管尺寸以及為庫所選擇的網(wǎng)格決議。普通選擇的高度要略大于這個最小高度，來作為電源線和地線的

13、布線溝道。采用高度固定的庫的優(yōu)點：如將一切的門挨個擺放，電源線、地線就很容易布線。數(shù)字庫:高度固定，寬度可變。(fixed height, variable width.) 大多數(shù)庫都是這樣的。 對于數(shù)字幅員，特別是規(guī)范單元幅員，是獨一可行的方式。 在模擬幅員設(shè)計中也非常有用，甚至是全定制的AIC。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么20.公用N阱：典型的CMOS工藝通常都有一個關(guān)于N阱間距的規(guī)那么，這個間距要求很大，而晶體管的間距要求，要比N阱的間距小得多。可以設(shè)計一個大的單個的N阱來節(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)要求的庫設(shè)計規(guī)那么n well spacingdevice

14、 spacing21.網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么如今限制設(shè)計的規(guī)那么就是晶體管與晶體管的間距，這要比N阱的間距小得多 .22.假設(shè)軌線延伸到單元邊緣，那么把這些單元對接，就構(gòu)成了一條很長的電源軌線帶。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么powerground23.半網(wǎng)格單元尺寸：half-grid cell sizing一切單元內(nèi)部的導(dǎo)線都處于網(wǎng)格上，而相互對接單元的邊緣落在兩條網(wǎng)格線的中間，即處于半個網(wǎng)格的位置上。由于單元可以在各個方向?qū)樱砸粋€單元的每一邊上、下、左、右都該當落在半個網(wǎng)格的位置上。 butting edges對接邊沿 網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么power rai

15、lbutting edgeson-grid wiregrid point24.半尺寸設(shè)計規(guī)那么：half-design rule為了使兩個對接單元間的晶體管也有最小間距，每一個晶體管就該當間隔單元邊沿至少有一半的最小間距。網(wǎng)格決議了庫單元的設(shè)計。每一樣?xùn)|西都必需放在網(wǎng)格上，一切的單元都必需服從半網(wǎng)格的規(guī)那么。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么power railbutting edgesgrid pointminimum distancehalf minimum distance25.布線通道：routing channels在規(guī)范單元中，電源線和地線能夠和單元一致尺寸，即到邊沿為止。當把許多這

16、樣的單元放到一同成排時，單元線和地線就相互對接了起來，構(gòu)成了vdd和vss帶。當有很多行和列的單元時，單元行交替反轉(zhuǎn)才干使vdd和vss銜接點接觸利于布線。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么26.網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么電源布線通道：問題: 由于單元中間布滿了元件，我們已沒有地方來走額外的導(dǎo)線。假設(shè)只需很少的幾層金屬，這會是一個大問題。 27.電源布線通道：在Metal 2中將各行末端的VDD相互銜接就可以了 網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么28.布線通道：routing channels假設(shè)有許多的金屬層，電源軌線和單元的尺寸一樣是極好的方法，設(shè)計可以非常緊湊，可以用metal3/4/

17、5來滿足其他布線需求。對于只需極少數(shù)金屬層的規(guī)范單元庫所采用的一個戰(zhàn)略就是，在單元構(gòu)造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。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么29.布線通道：routing channels布線通道可以是所希望的任何高度。這樣做的益處： 1. 留出空間供布線； 2. 單元無需翻轉(zhuǎn)； 3. 易于軟件編程。網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么30.通道布線器：channel routers通道布線器能在單元之間建立通道。固定通道布線fixed-channel routing：導(dǎo)線及其間隔均勻分布 寬度可變布線variable-width routing：通道可以有不同尺寸 自順應(yīng)布線網(wǎng)格式布線系統(tǒng)要求的庫設(shè)計規(guī)那么gatesfixed wiring channelgatesvariable wiring channel31.天線規(guī)那么：antenna rules天線規(guī)那么是一種設(shè)計規(guī)那么檢查，保證在進展metal 1工藝步驟之前，任何一個cmos邏輯門都銜接到了一個分散區(qū)上。為了確保這一銜接，必需參與一個小的反向偏置維護二極管。 也稱NACNet Area Check，