第五章

標準單元技術2標準單元技術standardcelltechniques開發標準單元庫的原因標準網格定向型工藝層技術

網格式布線系統要求的庫設計規則標準輸入輸出單元

3邏輯單元庫是ASIC設計流程中用到的構建模塊的集合。由于這種庫具有通用接口實現和規則結構，所以通常稱為“標準單元”庫。開發標準單元庫的原因：對于全定制設計來說，獨立模塊的規模過于龐大和復雜，因此就存在著加快電路和版圖設計過程的需要。缺乏具有手工實現復雜全定制模塊設計能力的專業人員，而自動化工具緩解了這個問題。典型加工工藝的進步，包括布線金屬層從1層金屬增加到2層金屬或3層金屬。對最佳結果的實現，這進一步增加了全定制版圖設計過程的復雜性。甚至在全定制設計流程中，當構建模塊以預定義的標準來實現時，規模在20個單元以上的布局布線會更加容易。而單元接口的標準化在庫中就可以實現了。開發標準單元庫的原因4雖然標準單元主要用于專用集成電路（ASIC）設計，然而這一設計方法也廣泛應用于實現全定制設計中的“不規整邏輯”。一個典型的標準單元庫由幾百個單元，而高級的庫則有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行專門設計、開發。

空隙率：可全部用于布線的面積與整個單元面積的比率。經典的布線器是以基于網格的。網格布線器要遵循的約束條件：導線只能有幾種固定的寬度；導線只能放在預先確定了坐標的網格上。標準網格-網格式布線器grid-basedrouter5“layerrules”和“physicalrules”都在庫文件“techfile”中。一般“techfile”中包含以下內容：

CONTROLS：“maskGrid0.01”LAYERDEFINITIONLAYERRULESPHYSICALRULESDEVICESLXRULES標準網格-網格式布線器grid-basedrouter6techfile-LAYERRULES

標準網格-網格式布線器grid-basedrouter“POLY2”isconnectedto“MET1”with“CNT”;“MET1”isconnectedto“MET2”with“VIA1”;……

7techfile-PHYSICALRULES

標準網格-網格式布線器grid-basedrouterpleaserememberthesedefinitions:width、space、area、enclosure、overlap、extension8techfile-PHYSICALRULES最小寬度minWidth:封閉幾何圖形的內邊之間的距離。

標準網格-網格式布線器grid-basedrouter

在利用DRC（設計規則檢查）對版圖進行幾何規則檢查時，對于寬度低于規則中指定的最小寬度的幾何圖形，工具將會給出錯誤的提示。9techfile-PHYSICALRULES最小間距minSpacing:各幾何圖形外邊界之間的距離。

標準網格-網格式布線器grid-basedrouter10techfile-PHYSICALRULES最小交疊minOverlap:交疊有兩種形形式：a.一幾何圖形內內邊界到另一一圖形的內邊邊界長度（overlap）b.一幾何圖形外外邊界到另一一圖形的內邊邊界長度（extension）標準網格-網格式布線器器grid-basedrouter11techfile-PHYSICALRULES標準網格-網格式布線器器grid-basedrouterpleasekeeptheserulesinyourmindanddon’tviolatethemwhenyoulayout.12techfile-PHYSICALRULES標準網格-網格式布線器器grid-basedrouterThewidthof“NWELL””mustbegreaterthanorequaltothe“minWidth=1.2microns””;andthespaceoftwo““NWELLs”mustbegreaterthanorequaltotheminSpacing=0.6microns””.NWELLNWELL≧minSpacing≧minWidth13coarsegridexample:標準網格-網格式布線器器grid-basedrouterMinimumwireis1micron,minimumspacingis1micron,therefore,ourtwowiresuse3microns,andwehaveestablishedcenter-to-centergridspacingof2micronsforthisprocess.2microns1microns1microns1microns最小金屬線越越寬，或金屬屬線間必須相相隔得越遠，，網格也就越越大14標準網格-網格式布線器器grid-basedrouterdeterminingourminimumwirewidthsandminimumspacingbetweenwiresdictatehowcoarseorfineourgridwillbe.最小金屬線越越寬，或金屬屬線間必須相相隔得越遠，，網格也就越越大;“designrulesdeterminegridsize.””thegrid-basedroutercanonlyplacewiresalongourgridlines,fromintersectiontointersection.15標準網格-規則式布線器器rule-basedrouter不同工藝層上上的金屬線寬寬及其間距都都有不同的最最小寬度，如如果我們要使使所有的網格格都采用同樣樣的尺寸，那那么我們只能能統一地采用用芯片上尺寸寸要求最大的的那個工藝層層上的尺寸。。“rule-basedrouter:usestherealdesignrulesforeachlayer,insteadofusingafixedgrid.”大多數人采用用grid-basedrouter，因為它簡單單；如果采用rule-basedrouter，緊湊，節省省版圖空間。。16標準網格-規則式布線器器rule-basedrouter對每一層采用用不同的網格格尺寸，但這這會使我們很很難把所有的的接觸孔和通通孔都對齊并并落在每一層層垂直和水平平網格線的交交點上。17thedifferencebetween“via”and“contact”:contact：connectthemetalsofdifferentlayersvia:connecttheterminaltometalgenerallyspeaking,thedefaultpreferredroutingdirection:metal1-horizontalmetal2-verticalmetal3-horizontalmetal4-vertical定向型工藝層層技術routingsimplybenefitreducecross-talk18“小的轉向不必必改換金屬層層”（注：此處的的“小”指只只有一兩個網網格的轉向））原因：1.如果用metal2來安排這些小小而短的轉向向，就再也不不能在他們之之間提供另外外的布線機會會了；2.可能會造成很很高的電阻；；3.via不易刻蝕。定向型工藝層層技術unnecessary,othermetal2scantroutehere19對齊輸入輸出出：輸入A和輸出Z不能隨意放置置。它們必須須像所有的連連線一樣位于于同樣的網格格上。保證標準單元元的所有輸入輸出不僅在x網格上，還要在y網格格上。。要要保保證證自自動動布布線線軟軟件件在在水水平平方方向向和和垂垂直直方方向向都都能能找找到到它它們們。。保證證所所有有的的庫庫單單元元以以及及庫庫單單元元內內部部的的器器件件符符合合網網格格規規則則。。網格格式式布布線線系系統統要要求求的的庫庫設設計計規規則則AZPNVDDVSS20高度度固固定定，，寬寬度度可可變變：：為了了保保持持結結構構的的統統一一，，所所有有的的門門都都必必須須服服從從固固定定高高度度設設置置。。如果果需需要要有有較大大驅驅動動能能力力的晶晶體體管管，，只只要要使使單單元元變寬寬并分割割晶體體管管使使之之能能放放在在軌軌線線之之內內就就可可以以了了。。最小小單單元元高高度度由通過過模模擬擬得得到到的的晶晶體體管管尺尺寸寸以及及為庫庫所所選選擇擇的的網網格格決定定。。一一般般選選擇擇的的高高度度要要略略大大于于這這個個最最小小高高度度，，來來作作為為電電源源線線和和地地線線的的布布線線溝溝道道。。采用用高高度度固固定定的的庫庫的的優點點：如如將將所所有有的的門門挨挨個個擺擺放放，，電電源源線線、、地地線線就就很很容易易布布線線。數字字庫庫:高度度固固定定，，寬寬度度可可變變。。(fixedheight,variablewidth.)大多多數數庫庫都都是是這這樣樣的的。。對于于數數字字版版圖圖，，特特別別是是標標準準單單元元版版圖圖，，是是唯唯一一可可行行的的方方式式。。在模模擬擬版版圖圖設設計計中中也也非非常常有有用用，，甚甚至至是是全全定定制制的的AIC。網格格式式布布線線系系統統要要求求的的庫庫設設計計規規則則21公用用N阱：：典型型的的CMOS工藝藝通通常常都都有有一一個個關關于于N阱間間距距的的規規則則，，這這個個間間距距要要求求很很大大，，而而晶晶體體管管的的間間距距要要求求，，要要比比N阱的的間間距距小小得得多多。。可以以設設計計一一個個大大的的單單個個的的N阱來來節節省省空空間間。。N阱間間距距限限制制晶晶體體管管間間距距限限制制網格格式式布布線線系系統統要要求求的的庫庫設設計計規規則則nwellspacingdevicespacing22網格格式式布布線線系系統統要要求求的的庫庫設設計計規規則則現在在限限制制設設計計的的規規則則就就是是晶晶體體管管與與晶晶體體管管的的間間距距，，這這要要比比N阱的的間間距距小小得得多多.23如果果軌軌線線延延伸伸到到單單元元邊邊緣緣，，那那么么把把這這些些單單元對對接接，，就就形形成成了了一一條條很很長長的的電電源源軌軌線線帶帶。。網格格式式布布線線系系統統要要求求的的庫庫設設計計規規則則powerground24半網網格格單單元元尺尺寸寸：：half-gridcellsizing所有有單單元元內內部部的的導導線線都都處處于于網網格格上上，，而而相相互互對對接接單單元元的的邊邊緣緣落落在在兩兩條條網網格格線線的的中中間間，，即即處處于于半半個個網網格格的的位位置置上上。。由于于單單元元可可以以在在各各個個方方向向對對接接，，所所以以一一個個單單元元的的每每一一邊邊（（上上、、下下、、左左、、右右））都都應應當當落落在在半半個個網網格格的的位位置置上上。。buttingedges對接接邊邊沿沿網格式式布線線系統統要求求的庫庫設計計規則則powerrailbuttingedgeson-gridwiregridpoint25半尺寸寸設計計規則則：half-designrule為了使使兩個個對接接單元元間的的晶體體管也也有最最小間間距，，每一一個晶晶體管管就應應當距離單元邊邊沿至少有有一半的最最小間距。網格決定了了庫單元的的設計。每每一樣東西西都必須放放在網格上上，所有的的單元都必必須服從半半網格的規規則。網格式布線線系統要求求的庫設計計規則powerrailbuttingedgesgridpointminimumdistancehalfminimumdistance26布線通道：：routingchannels在標準單元元中，電源源線和地線線可能和單單元統一尺尺寸，即到到邊沿為止止。當把許許多這樣的的單元放到到一起成排排時，單元元線和地線線就相互對對接了起來來，形成了了vdd和vss帶。當有很多行行和列的單單元時，單單元行交替替反轉才能能使vdd和vss連接點接觸觸利于布線線。網格式布線線系統要求求的庫設計計規則27網格式布線線系統要求求的庫設計計規則電源布線通通道：問題:由于單元中中間布滿了了元件，我我們已沒有有地方來走走額外的導導線。如果果只有很少少的幾層金金屬，這會會是一個大大問題。28電源布線通通道：在Metal2中將各行末末端的VDD相互連接就就可以了網格式布線線系統要求求的庫設計計規則29布線通道：：routingchannels如果有許多多的金屬層層，電源軌軌線和單元元的尺寸一一樣是極好好的辦法，，設計可以以非常緊湊湊，可以用用metal3/4/5來滿足其他他布線需要要。對于只有極極少數金屬屬層的標準準單元庫所所采用的一一個策略就就是，在單單元結構的的上下即軌軌線的外面面留出一些些空隙，這這些空隙就就是所謂的的布線通道。網格式布線線系統要求求的庫設計計規則30布線通道：：routingchannels布線通道可可以是所希希望的任何何高度。這樣做的好好處：1.留出空間供供布線；2.單元無需翻翻轉；3.易于軟件編編程。網格式布線線系統要求求的庫設計計規則31通道布線器器：channelrouters通道布線器器能在單元元之間建立立通道。固定通道布布線fixed-channelrouting：導線及其其間隔均勻勻分布寬度可變布布線variable-widthrouting：通道可以以有不同尺尺寸自自適應布線線網格式布線線系統要求求的庫設計計規則gatesfixedwiringchannelgatesvariablewiringchannel32天線規則：：antennarules天線規則是是一種設計計規則檢查查，保證在在進行metal1工藝步驟之之前，任何何一個cmos邏輯門都連連接到了一一個擴散區區上。為了了確保這一一連接，必必須加入一一個小的反反向偏置保保護二極管管。也稱NAC（NetAreaCheck，網絡節點點區域控制制）二極管管。在設計標準準單元時，，必須保證證任何輸入入都被下拉拉，即受到到保護。一個器件的的輸出能夠夠為它所驅驅動的門提提供保護。。網格式布線線系統要求求的庫設計計規則VDDVSSmetal1ABPPNN33在一個I/O單元中通常常有多條供供電軌線。。I/O單元成環形形布置在芯芯片的外圍圍。標準輸入輸輸出單元VDDVSSVDDVSSESDsupplydriversupplypadI/OpadatthetopI/Opadssurroundingthechipwiththeirpowerrail如何和何時時來干預這這些規則以以及如何和和何時去遵遵循它們9、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業貧。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。14:43:1614:43:1614:4312/29/20222:43:16PM11、以我獨獨沈久，，愧君相相見頻。。。12月-2214:43:1614:43Dec-2229-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。14:43:1614:43:1614:43Thursday,December29,202213、乍見翻疑夢夢，相悲各問問年。。12月-2212月-2214:43:1614:43:16December29,202214、他他鄉鄉生生白白發發，，舊舊國國見見青青山山。。。。29十十二二月月20222:43:16下下午午14:43:1612月月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月222:43下下午午12月月-2214:43December29,202216、行動出出成果，，工作出出財富。。。2022/12/2914:43:1614:43:1629December202217、做前，能夠夠環視四周；；做時，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點的射線線向前。。2:43:16下午2:43下下午14:43:1612月-229、沒有有失敗敗，只只有暫暫時停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結結果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒沒有有。。。。14:43:1614:43:1614:4312/29/20222:43:16PM11、成功就是日日復一日那一一點點小小努努力的積累。。。12月-2214:43:1614:43Dec-2229-Dec-2212、世間成事事，不求其其絕對圓滿滿，留一份份不足，可可得無限完完美。。14:43:1614:43:1614:43Thursday,December29,202213、不不知知香香積積寺寺，，數數里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2214:43:1614:43:16December29,202214、意志堅強強的人能把把世界放在在手中像泥泥塊一樣任任意揉捏。。29十二二月20222:43:16下下午14:43:1612月-2215、楚塞三湘湘接，荊門門九派通。。。。十二月222:43下下午12月-2214:43December29,202216、少少年年十十五五二二十十時時，，步步行行