第八章集成电路设计技术与工具.ppt

8.6.1 基本原理 基于标准单元法的集成电路基本设计流程如图8.21所示。 图8.21 基于标准单元的 IC设计流程图 8.6.1 基本原理 数字电路标准单元一般都是通过基于晶体管级的全定制设计实现的，包括了各种逻辑门、触发器以及ALU等多种类型的功能模块，每类都有一定的功能范围。 1）逻辑门 2）驱动器 3）多路转换器 4）触发器 5）锁存器和移位寄存器 6）缓冲单元 8.6.2 库单元设计 对于标准单元设计EDA系统而言，标准单元库应包含以下三个方面的内容： 1）逻辑单元符号库与功能单元库 逻辑单元符号库包含各种标准单元的名称、逻辑单元的符号，并标有输入／输出及控制端。功能单元库是在标准单元版图确定后，从中提取了分布参数并由EDA软件进行模拟得到的电路单元性能，并将电路单元的功能描述成电路逻辑模拟与时序模拟所需要的功能库形式。 8.6.2 库单元设计 2）拓扑单元库 拓扑单元库是版图主要特性的抽象表达，它去掉了版图内部的具体细节，但包括版图单元的宽度、高度、输入／输出端口和控制端口的位置。拓扑单元库保持了单元的主要特征，用它来进行标准单元的布局布线，可大大减少设计处理的数据量，提高版图设计效率。 8.6.2 库单元设计 3）版图单元库 版图单元与工艺直接相关，是标准单元库设计者根据工艺制造厂提供的几何设计规则精心设计的全手工版图，并以标准版图数据格式存储在计算机内，可供使用者直接调用。 标准单元库中的版图单元具有以下特性： （1）各版图单元可以有不同的宽度，但必须具有相同的 高度； （2）单元的电源线和地线通常安排在单元的上下端，从单元的左右两侧同时出线，电源、地线在两侧的位置要相同，线的宽度要一致，以便单元间电源、地线的对接。同时，阱连接和衬底连接应该放在电源线和地线的下面。 （3）单元的输入/输出端常安排在与电源和地线垂直的位置； 8.6.2 库单元设计 8.6.2 库单元设计 图8.22给出了一个简单反相器的逻辑符号、单元拓扑和单元版图。 （a） （b） （c） 图8.22 反相器单元库示例：（a）逻辑符号，（b）单元拓扑，（c）单元版图 8.7 焊盘输入输出单元（I/O PAD） 任何一种集成电路的版图结构都需要焊盘输入/输出模块（I/O PAD）与芯片外部进行连接。与其他标准单元相同，这些I/O PAD通常也具有等高不等宽的外部形式，各模块的电源、地线的宽度和相对位置仍是统一的，以便对接。所不同的是，I/O PAD单元的引线端位于单元的一边（位于靠近内部阵列的一边）。由于其外部形状的规则性，所以，输入、输出或双向单元属于标准单元的范畴，它们是标准单元的内容之一。 I/O PAD通常可分为：输入模块、输出模块、输入/输出双向模块。 8.7.1 输入单元 输入单元主要承担对内部电路的保护，一般认为外部信号的驱动能力足够大，输入单元不必具备再驱动功能。因此，输入单元的结构主要是输入保护电路。 因为MOS器件的栅极有极高的绝缘电阻，当栅极处于浮置状态时，由于某种原因（如触摸），感应的电荷无法很快泄放掉。而MOS器件的栅氧化层极薄，这些感应的电荷使得MOS器件的栅极与衬底之间产生非常高的场强。该场强如果超过栅氧化层的击穿极限，将发生栅极击穿，使MOS器件失效。 8.7.1 输入单元 为防止器件被击穿，必须为这些电荷提供“泄放通路”，也就是输入保护电路。输入保护电路分为单二极管、电阻结构和双二极管、电阻结构两种。输入保护电路实际上就是通过二极管将输入端信号钳制在一定的范围内。当电荷所产生的电压超出了限制范围，就被钳制在限定的范围内。当然，如果输入的信号超出了这个范围，同样也会被钳制。保护电路中的电阻可以是扩散电阻、多晶硅电阻或其他合金薄膜电阻，其典型值一般为500Ω。 8.7.1 输入单元 图8.23是一种单二极管、电阻结构的保护电路和版图形式。 图8.24是一种双二级管、电阻结构的保护电路和版图形式。 图8.23 单二极管、电阻保护电路 图8.24双二极管、电阻保护电路 8.7.2 输出单元