集成电路设计方法学
当工艺改变或单元结构需要变化时,只需作较少的修改
门阵列法
门阵列单元区结构
共栅四管单元电路及其版图
不共栅四管单元电路及其版图
门阵列法
门阵列缺点是:
由于门阵列具有高度规则结构,设计的灵活性较低,门 的利用率也较低。
由于布线通道的限制,并不能保证100%的布通率,这 时需要花费大量的时间进行人工干预。
定制法
用于芯片性能指标比较高而生产批量又比较 大的产品设计。 通常分为两种:标准单元法和通用单元法。
标准单元设计法
标准单元 标准单元是由IC制造商利用全定制的方法精心设计 并模拟验证通过后的规范化的单元,并将其存入数 据库构成标准单元库。
标准单元设计法是利用标准单元库,按照用户具体 电路的要求把所需单元从单元库中调出,排成若干 行,行间留有布线通道。根据电路要求将各单元用 连线联接起来,同时把相应的输入、输出单元和压 焊块联接起来,得到所要求的芯片版图。
相对于全定制方法,门阵列的面积较大,速率较低,功 耗较大。
由于单元之间存在很宽的布线通道,因而无法实现像 ROM、RAM等这类规则结构的电路。
门阵列适用于设计要求成本低、设计周期短而生产 批量又比较小的芯片设计。
门海阵列
门海阵列是为了克服门阵列 芯片利用率较低的缺点而提 出的一种结构。该结构去掉 了门阵列中的布线通道,用 基本单元占据整个阵列分布 区。宏单元之间的连线将在 无用的有效器件区上进行。
通常ASIC设计很少采用这种全定制方法。
半定制法
半定制设计方法是一种母片半定制技术。即预先完 成除接触孔和连线以外的所有芯片加工步骤,根据 不同的应用,设计者只需设计和制作接触孔和连线, 以完成特定的电路要求。
这样就使设计到芯片制作完成的整个周期大大缩短, 设计和制造成本大大下降。但门阵列的门利用率较 低,芯片面积比定制设计和全定制设计的芯片要大。
专用集成电路概念及分类
全定制 定制
半定制
标准单元 通用单元
门阵列
积木式
混合式 有通道
门海
可编程逻辑器件
PLA、PAL、GAL
逻辑单元阵列
FPGA
ASIC的设计方法分类
全定制法(full-custom design approach) 全定制版图设计的特点是针对每个晶体管进行电路参
数和版图参数的优化,这样可以得到最佳的性能,即密 度最高、速度最快、功耗最小。
标准单元库
标准单元库的组成:逻辑符号库、功能参数 库、版图描述库、实体版图库和工艺文件。
DRC、ERC、LPE和LvS文件
不同的设计模式的芯片面积、性能和掩膜制作方式
芯片面积 芯片性能 制作掩膜
全定制 小 高
全部
设计模式
标准单元
门阵列
较小
中等
较高
中等
全部
金属连线及孔
FPGA 大 低
不需要
逻辑综合
标准单元设计法与全定制方法的结合
与全定制的设计方法相 结合,将一些全定制设 计方法设计的版图调用 到相应的位置,然后在 其他部分用标准单元法 设计,这样扩大了标准 单元法的应用范围,成 为目前国际最为流行的 VLSI设计方法。
标准单元设计法的优点
由于单元库中各个单元的高度相等,宽度不 限,单元中的电源、地线及输入输出端口位 置都有特殊的规定,使得单元与单元连接时 变得简单、有条理,布局也有规律,为以后 的高层次的系统设计带来了很大的方便,使 得本来很复杂、工作量很大的系统设计变得 相对简单、容易,并且带有很强的规律性。
标准单元设计法
标准单元法设计的芯片主要分为3个区域:①四 周的I/O单元和压焊块;②单元部分;③布线通 道。
标准单元设计法
标准单元的特点是各个单元高度相同,宽度 不等。所有的单元电源线和地线位置相同, 从单元的左右边进出
标准单元布局
一般标准单元在版图上排列有两种形式,一种是单一单元排成行, 如图(a)。另一种为双单元背靠背排列成行如图(b)。
逻辑综合
RTL级描述,是一种明确规定寄存器描述的 方法。即是指以规定设计中采用的各种寄存 器形式为特征,然后在寄存器之间插入组合 逻辑。
逻辑综合中的约束条件
在逻辑综合过程中为优化输出和工艺映射的需要,一定 要有相应的约束条件,以实现对所设计结构的控制。采 用不同的约束条件对于同样的一个系统,其实现的系统 结构是不一样的。
属性用于规定设计所进行的环境,如用属性 规定对输出器件必须驱动的负载、驱动设计 时器件的驱动能力等。
缺点是设计周期长,设计成本高,工作效率很低,已 不适应复杂电路的版图设计。
全定制法
对于具有重复性结构的网络,如ROM、RAM、RISC、 阵列机等,全定制法不仅很有效,而且非常必要。对这 些网络中的单元进行精心的人工设计,然后利用人机交 互图形系统所具有的重复或形成矩阵的功能得到整个网 络的结构,其效率仍然很高。
半定在芯片上已生成了由基本门或单元组 成的阵列,完成了连线以外的所有芯片加工工序。 因此,同全定制、定制相比具有以下几点优势:
从设计到芯片的制作完成整个周期大大缩短,设计成本 大大下降
易于采用先进的工艺。门阵列库中只有与非门、或非门 这样的基本单元,它比标准单元库简单得多
在单层布线时需要一种特殊的连线单元,如图(c),其高度与其它 的标准单元相同,起到连线作用。
标准单元布局、布线
设计人员只要输入电路的逻辑图或输入一种 电路描述文件,再输入压焊块的排列顺序; 标准单元法设计系统将调用所需的单元和相 应的I/O单元及压焊块,进行自动布局和自 动布线。
在布局和布线过程中,布线通道的高度由设 计系统根据需要加以调整。