VLSI设计基础12-5ppt课件

VLSI设计基础,第5章单元库设计技术（2012）,（2）,单元库设计技术是当今VLSI设计的主要技术之一，借助这个设计技术可以获得性能优越的VLSIC。单元库是“专家系统”，是由经过精心设计和优化的电路单元模块所组成，单元库提供了性能优越的“高级”设计平台，使我们的设计建立在高水平的设计基础之上。,（3）,本章概要：,单元库概念标准单元设计技术积木块设计技术,（4）,单元库技术所面对的直接是逻辑部件，即具有一定逻辑操作和运算功能的部件，它可能是一个逻辑门或是一个功能块，甚至是一个功能相对完整的子系统。,单元库设计技术的目标：全局和局部都被优化。全局优化是由设计系统对逻辑单元进行布局和布线优化迭代完成，生成符合某些目标函数要求的设计结果。局部优化则是通过对基本逻辑单元精心设计完成，两者的结合才能得到满意的设计结果。,5.1单元库概念,.1,（5）,.1,5.1单元库概念为什么要采用单元库技术？,（6）,示例:,.2,（7）,5.2标准单元设计技术标准单元描述,标准单元设计技术，是指采用经过精心设计的逻辑单元版图，按芯片的功能要求排列而成集成电路的设计技术。标准单元具有下列特征:具有相同的高度，可以具有不同的宽度;单元的电源线和地线通单元的上下端，从单元的左右两侧同时出线，电源、地线在两侧的位置相同，线的宽度一致;单元的输入/输出端安排在单元的上下两边，要求至少有一个信号端可以在单元的上边和下边两个方向同时引出，各引出线的位置及间隔以某个数值单位进行量化。,.2,（8）,.2,5.2标准单元设计技术标准单元描述,（9）,.2,5.2标准单元设计技术一些示例:,（10）,.2,5.2标准单元设计技术一些示例:,（11）,AND-OR=AND-NOR-NOTAND-NOR,.2,5.2标准单元设计技术一些示例:,（12）,由于标准单元的整体结构与门阵列相近，都采用“行式结构”，因此其总体结构的设计准则与门阵列的设计准则也相近。因为单元拼接以后，单元行的电源和地线实际上已经自动连在一起，因此，整体结构的电源、地线布线仅仅是对单元行外部进行。根据具体的逻辑，将相应的标准单元从单元库中调出，排列成行，根据相邻两行的需要，决定布线通道的宽度，进行布线和I/O单元的连接，即可完成具体集成电路的设计。,.2,5.2标准单元设计技术,（13）,.2,5.2标准单元设计技术,（14）,.2,单元行:,（15）,对于每一个标准单元，在单元库中有相应的三个部分描述：单元逻辑符号，单元拓扑，单元版图。逻辑符号描述是一个图形符号，它代表一个逻辑。单元拓扑是对单元的外部尺寸和出线位置的描述。单元版图由人工设计，标准单元的版图和工艺选择、工艺水平关系很大。一套标准单元库只能对应一条工艺线。,.2,5.2标准单元设计技术标准单元库设计,（16）,首先，对输入逻辑进行标准单元结构的布局，这时采用的是标准单元库中单元拓扑图。其次，根据输入逻辑的网络进行布线，得到连接关系图。最后，将单元版图填入单元拓扑，并将线网连接关系转换为具体的布线即线网的几何图形。而单元的逻辑符号仅仅是用于原理图编辑和模拟。,用标准单元技术实现集成电路或集成系统的过程，通常分为三步。,5.2标准单元设计技术标准单元库设计,（17）,标准单元设计技术的特点：,1.标准单元是一个具有规则外部形状的单元，其内容是优化设计的逻辑单元版图，各单元的规模应相近，并遵循一致的引线规则。2.一个标准单元库内的所有单元遵循同一的工艺设计规则，一个单元库对应一条或一组完全相同的工艺线。也就是说，当工艺发生变化时，单元库必须修改或重建。3.不论是局部逻辑或是完整的集成电路或系统，用标准单元实现的版图采用“行式结构”，即各标准单元排列成行。,.2,5.2标准单元设计技术标准单元库设计,（18）,任何一种设计技术、版图结构都需要输入/输出单元。大部分I/OPAD都是以标准单元的结构形式出现。这些I/OPAD单元通常具有等高不等宽的外部形状。,现代设计理论提倡将IC的内部结构和外部信号接口分开设计。所以，承担输入、输出信号接口的I/O单元就不再仅仅是压焊块，而是具有一定功能的功能块。这些功能块担负着对外的驱动，内外的隔离、输入保护或其他接口功能，这就要求将电源和地线通达这些I/OPAD。这些单元的一个共同之处是都有压焊块，用于连接芯片与封装管座，这些压焊块通常是边长几十微米的矩形。,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（19）,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。输入保护分为单二极管、电阻结构和双二极管、电阻结构，还可利用PN结的击穿特性。主要目的是ESD（ElectrostaticDischarge）保护。,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（20）,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（21）,P阱,（22）,有源区,（23）,多晶硅,（24）,P+区,（25）,N+区,（26）,引线孔,（27）,金属,（28）,复合图,（29）,2.输出单元,输出单元的主要任务是提供一定的驱动能力，防止内部逻辑过负荷而损坏。另一方面，输出单元还承担了一定的逻辑功能，单元具有一定的可操作性。与输入电路相比，输出单元的电路形式比较多。主要的输出单元包括：倒相输出、同相输出、三态输出，以及金属掩膜编程的输入输出单元。,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,.2,（30）,倒相输出I/OPAD,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（31）,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,倒相器链驱动结构,（32）,倒相器链驱动结构,为什么倒相器链驱动？,总时间：,由于每一级的驱动能力放大倍，N级倒相器的驱动能力就放大了倍，所以。,？,每级比前级放大f倍,.2,（33）,f的取值,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（34）,同相输出I/OPAD,同相输出实际上就是“倒相+倒相”，或采用类似于图5.7所示的偶数级的倒相器链。,三态输出I/OPAD,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（35）,.2,（36）,.2,（37）,.2,（38）,.2,（39）,.2,（40）,.2,（41）,.2,（42）,开漏输出单元,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（43）,掩膜编程的输入输出单元,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（44）,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（45）,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（46）,.2,5.2标准单元设计技术输入、输出单元（I/OPAD）,（47）,5.3积木块设计技术,.3,（48）,5.3积木块设计技术,.3,（49）