【文章內(nèi)容簡介】 粗柵格的倍數(shù)構(gòu)成的 。 12 March 2023 46 ? 所有單元的尺寸和形狀必須規(guī)則； Standard Cell Techniques ? 在同一層上的所有金屬信號線有相同的線寬； ? 標(biāo)準(zhǔn)單元庫中所有單元只用一種單元高度模式：即所有單元 固定高度 、 可變寬度 ； 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本形狀 ? 單元中的電源線和地線必須有相同的線寬。 必須易于水平拼接并成行排列。 25 microns wide (lambda is ) AB: abutment box BB: bounding box Power supplies: VDD, GND Each different shaded and labeled pattern represents a different layer Connections: A1, B1, Z 12 March 2023 47 Standard Cell Techniques 標(biāo)準(zhǔn)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 同一行中的單元布局 12 March 2023 48 ? 單元中的電源 /地必須與相鄰單元的電源 /地相連接； Standard Cell Techniques ? 單元的水平寬度不必相同； ? 單元通?？梢运椒D(zhuǎn)； ? 必須嚴(yán)格遵守設(shè)計規(guī)則； VDD GND 相鄰兩行的單元布局 12 March 2023 49 ? 相鄰兩行的電源線和地線可直接拼接； Standard Cell Techniques ? 相鄰兩行中的某些單元可部分重疊； ? 單元行通常可垂直翻轉(zhuǎn)； Two Rows of Standard Cells 12 March 2023 50 Standard Cell Techniques 基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖 12 March 2023 51 ? 是由許多的標(biāo)準(zhǔn)單元行構(gòu)成的，標(biāo)準(zhǔn)單元行之間通常用布線通道間隔； Standard Cell Techniques ? 布線可用金屬層在單元上走線； ? 基于標(biāo)準(zhǔn)單元的模塊電路高度與寬度之比要受到其他因素的影響； ? 一個完整的芯片電路通常是由許多的標(biāo)準(zhǔn)單元模塊構(gòu)成的； 標(biāo)準(zhǔn)單元接口相關(guān)特性 12 March 2023 52 ? 所有輸入、輸出端口都有預(yù)先定義的類型、層、位置、尺寸和接口點 。 Standard Cell Techniques 端口是為布線工具布線準(zhǔn)備的，應(yīng)根據(jù)布線工具對其進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最好的結(jié)果。 ? 單元接口設(shè)計可以共享一些連接， 如連接到電源和地的晶體管的源端可以共用。在一定的條件下，單元間可以共用襯底和阱接觸孔 . 例如通過使用定義在柵格上的信號間距可以使布線更加簡便快捷。柵格技術(shù)的運用簡化了布線工具的算法，從而使布線工具將占用較少的計算資源 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (1/6) ? Pitch: 單元高度。 – 所有單元 有相同的高度 pitch，和可變的寬度 ，從而可以實現(xiàn)按行對準(zhǔn)和排列。 12 March 2023 53 Standard Cell Techniques 對數(shù)字版圖而言，特別是在標(biāo)準(zhǔn)單元版圖中，由于布局布線工具的限制，固定高度，可變寬度的單元是唯一可行的設(shè)計方法。 在整個數(shù)字版圖設(shè)計中是一種相當(dāng)常用的設(shè)計方法。 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (2/6) 12 March 2023 54 Standard Cell Techniques ? 電源 /地線以相同的高度水平走線穿過單元，可用于實現(xiàn)單元水平方向的拼接。 ? 其他連線通過單元頂部和 /或底部的端點進(jìn)行連接，布線通道可根據(jù)網(wǎng)表實現(xiàn)端點間的互連。 ? VDD, VSS連接 對整個單元庫中的所有單元具有預(yù)先定義好的相同的寬度和位置。 VDD VSS n tub p tub Intracell wiring pullups pulldowns pin pin Feedthrough area 12 March 2023 55 Standard Cell Techniques ? 填充單元 (feedthrough)可以增加垂直布線通道。 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (3/6) 對于只提供兩層布線的工藝而言，設(shè)計中運用填充單元 是添加垂直布線通道的惟一方法。 填充單元 (Feedthrough) 12 March 2023 56 Standard Cell Techniques 是指 不包含晶體管的空單元 ， 只提供垂直方向的通道 ， 用以連接不同的布線通道上的信號 。 當(dāng)單元上沒有更多的布線資源時，可將填充單元添加到單元間以允許垂直連接。 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (4/6) 端口 可用不同的方式放置： – 端口靠近單元的頂部和底部以進(jìn)行連接。 12 March 2023 57 Standard Cell Techniques – 端口放置在單元中間從而實現(xiàn)單元上走線 。 以確保有效地使用布線通道，并減少獨立的填充單元的使用。 但通過單元頂部和底部兩邊的端口在單元上面走線，增加了信號的寄生負(fù)載，并最少了最終設(shè)計的整體空隙率。 相同的單元的整體面積可能會更?。欢绻B接的單元是相鄰的，則端口的連接會很短，并且不會浪費任何布線通道的間距。 Comparison of Cell Interfaces 12 March 2023 58 Standard Cell Techniques Example A Example B Example C 通道布線工具 (不允許在單元上走線或 1層金屬）。 通道布線工具 (允許在單元上走線 ),2， 3層金屬可以布線。 通道布線工具 (允許在單元上走線），短的金屬 1水平走線。 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (5/6) 12 March 2023 59 ? 標(biāo)準(zhǔn)單元的設(shè)計和結(jié)構(gòu)依賴于加工工藝中可用的布線層數(shù) 。 Standard Cell Techniques ? 如果在單元內(nèi)部只有一個金屬層用于形成大多數(shù) 的晶體管內(nèi)部連接 ，布線工具則僅能連接放置在單 元邊界上的引腳，與單元端口連接的第二層金屬只 是連接單元的頂部或底部。 設(shè)計則由兩行和兩行間的布線通道構(gòu)成。 對于只提供兩層布線的工藝而言 ， 設(shè)計中運用填充單元feedthrough是添加垂直布線通道的惟一方法 。 60 基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖方法 ― without over the cell routing) (1980s) signals Routing channel VDD GND 12 March 2023 60 Standard Cell Techniques 通道布線 Channel Routing 12 March 2023 61 Standard Cell Techniques 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (6/6) 12 March 2023 62 Standard Cell Techniques ? 如果在單元中間含有通孔的設(shè)計實現(xiàn) ，則 可以把 端口放在中間，在單元上方進(jìn)行布線 。這時，垂直 布線通道可能位于單元上方，并且在最終設(shè)計中減 少了填充單元的使用。 63 M2 No Routing channels VDD GND M3 VDD GND Mirrored Cell Mirrored Cell 12 March 2023 63 Standard Cell Techniques 基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖方法 ― with over the cell routing 1990s ? 在三層以上的金屬布線工藝中 ，幾乎所有的通道都 能去掉，所有的布線都可以在單元上方完成 。 64 Standard Cell Layout Example 1/3 Cell height 12 metal tracks Metal track is approx. 3? + 3? Pitch = repetitive distance between objects Cell height is “12 pitch” Cell boundary N Well 2? Rails ~10? In Out V DD GND 12 March 2023 64 Standard Cell Techniques 65 Standard Cell Layout Example 2/3 In Out V DD GND In Out V DD GND With silicided diffusion With minimal diffusion routing Ou tInVDDM2M112 March 2023 65 Standard Cell Techniques 66 Standard Cell Layout Example 3/3 A Out V DD GND B 2input NAND gate BVDDA12 March 2023 66 Standard Cell Techniques Standard Cell Example 3input NAND cell (from ST Microelectronics): C = Load capacitance T = input rise/fall time 12 March 2023 67 Standard Cell Techniques 單元行版圖 ? 所有單元 固定高度 ，成行排列； ? 總體結(jié)構(gòu) : – ptransistors – “gap”(間隙 ) between n, p transistors –用于單元內(nèi)的布線 – ntransistors – 單元行上面或下面的布線通道routing channel(“gap”) PTransistors NTransistors Short wires Routing Channel Feedthrough 12 March 2023 68 Standard Cell Techniques Standard Cell Row 12 March 2023 69 Standard Cell Techniques FEEDTHROUGH VDD GND 基于標(biāo)準(zhǔn)單元的芯片版圖的布線 12 March 2023 70 Standard Cell Techniques 單元間的互連位于單元行之間的區(qū)域（稱為通道）； Feedthrough：將信號跨單元進(jìn)行傳輸?shù)囊欢谓饘倩蚨嗑Ч?，或是單元中作為備用的傳送信號通道的區(qū)域； 相鄰的兩個金屬互連層 (metal1 and metal2)走線相互垂直； 12 March 2023 71 Standard Cell T