单元库设计技术

1/39第5章单元库设计技术

单元库设计技术是当今VLSI设计的主要技术之一，借助这个设计技术我们可以获得性能优越的VLSIC。单元库是“专家系统”，它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，或者说我们的设计是建立在高水平的设计基础之上。

2/395.1单元库概念

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，也可能是一个功能块，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。

3/394/39(W/L)p=5,(W/L)n=1,最坏情况下的上升时间与下降时间的比为：1:3(假设电子与空穴迁移率比值为2.5：1）等效宽长比1/3等效宽长比15/395.2标准单元设计技术

5.2.1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，按芯片的功能排列而成集成电路的设计技术。标准单元的版图具有相同的高度，不同的宽度。单元的电源线和地线通常安排在单元的上下端，从左右两侧同时出线，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，要求至少有一个输入端或输出端可以在单元的上边和下边两个方向引出。

当采用多层金属布线时，输入/输出位置灵活性大大提高。

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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。

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。完成具体集成电路的版图。7/398/395.2.2标准单元库设计

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，版图和工艺选择、工艺水平直接相关。一个标准单元库对应于一条工艺线。

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。

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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。

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。10/39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，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。11/39AND-OR=AND-NOR-NOTAND-NOR12/39NOT-NOTNOT-BUFFER13/395.2.3输入、输出单元（I/OPAD）

不论是门阵列结构、标准单元结构或是以后将介绍的积木块结构，它们的I/OPAD大部分都是以标准单元的结构形式出现。

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。I/O单元不再仅仅是压焊块，而是具有一定功能的功能块。这些I/O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。

14/391.输入单元

输入单元主要承担对内部电路的保护，输入单元的结构主要是输入保护电路。简单输入保护分为单二极管、电阻结构和双二极管、电阻结构。

15/3916/3917/3918/392.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。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。19/39倒相输出I/OPAD

输入电容构成前级的负载!20/39倒相器链驱动结构为什么倒相器链驱动？CgR0fCgR0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。？R0/f每级比前级放大f倍21/3922/39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

23/39书图有错24/3925/3926/3927/3928/3929/3930/3931/