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Full-Custom-Layout-Design auf der Plattform des Zeni EDA-System basiert
Jan 04, 2018

1. Grundlegende Konzepte

1.1 Gebiet

Das Layout ist der Entwurfsprozess der Umwandlung dreidimensionaler fester Strukturen in zweidimensionale geometrische Figuren. Es ist ein Satz von gegenseitig integrierten Grafiken, mit unterschiedlichen Layouts, die verschiedenen Prozessschritten entsprechen, und jede Ebene wird durch verschiedene Muster dargestellt. Sie enthält die zugehörigen physikalischen Informationen zur Schaltungsgröße, zur Topologie jeder Schicht und zu anderen Geräten. Es ist die endgültige Ausgabe, die der Designer an die Anlage liefert.


1.2 Layoutgestaltung

Es wandelt jede Komponente, einschließlich Transistoren, Widerstände, Kondensatoren usw., in die Layout-Information um, die für die Herstellung von integrierten Schaltungen benötigt wird. Es umfasst hauptsächlich die Schritte der grafischen Aufteilung, der Layoutplanung, des Layouts und der Verdrahtung sowie der Komprimierung. Layout-Design ist ein notwendiger Schritt, um die Herstellung von integrierten Schaltungen zu erreichen. Es bezieht sich nicht nur auf die Funktion der integrierten Schaltung, sondern beeinflusst auch die Leistung, die Kosten der Flächen, den Stromverbrauch und die Zuverlässigkeit der integrierten Schaltung in gewissem Maße. Layout-Design ist die Brücke der integrierten Schaltung vom Design bis zur Fertigung.


1.3 Implementierung des integrierten Schaltungslayouts

Die Implementierung des integrierten Schaltungslayouts kann in vollständige Anpassung (Full-Custom) Design und Semi-Customization (Semi-Custom) Design unterteilt werden. Semi-Custom-Design umfasst Gate-Array-Design, Tür-und Seegestaltung, Standard-Zellen-Design, Block-Design und programmierbare Logik-Geräte-Design. Die gesamte Custom-Design-Methode basiert auf dem Graphiksystem Mensch-Maschine-Interaktion, das vom Layout-Designer von den Grafiken und Abmessungen jedes Halbleitergeräts bis zum Layout und Routing des gesamten Layouts entworfen wird. Die Merkmale des vollständigen kundenspezifischen Designs bestehen darin, die Schaltungsparameter und Layoutparameter für jede Komponente zu optimieren und die beste Leistung und die kleinste Chipgröße zu erhalten, was die Integration verbessert und die Produktionskosten senkt. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Entwurfsautomatisierung, volles kundenspezifisches Design

Der Anteil ist von Jahr zu Jahr rückläufig.



2. Eine kurze Einführung in das neuntägige EDA-System

Anwendung von Huada elektronische Erweiterung neun Tage EDA-System ist eine groß angelegte integrierte Schaltung Design EDA-Tools von China entwickelt und ist kompatibel mit dem internationalen Mainstream-EDA-System, integrierte Schaltung Design-Maßstab, um Millionen von Toren zu unterstützen, kann die Standard-internationalen allgemeinen Datenformat sein Umwandlung, es wurde in den mehr als 20 Hochschulen und Universitäten in kommerziellen Integrated Circuit Design Company und Southeast University in China angewendet, vor allem eine Rolle in der Konstruktion und Simulation von High-Speed-integrierte Schaltung, erfolgreich eine Reihe von praktischen integrierten Schaltung Chip entwickelt . Es enthält hauptsächlich die folgenden Teile: ZeniSE (Schematic Editor) Prinzip Diagramm Bearbeitungswerkzeug, kann es EDIF-Format-Konvertierung sein, Spice eingebettete Simulation Unterstützung für Dritte); ZeniPDT (Physical Design Tool) der Layout-Editor; Es kann Multi-Fenster-Multi-Unit-Layout-Bearbeitungsfunktion bieten, und kann Millionen von Gate-Größe der Karten-Editor unterstützen (Physical Design Verification ZeniVERI; Werkzeuge) Layout-Verifikations-Tool, das in der geometrischen Regelprüfung (DRC) Electrical Rule Check (ERC) verwendet werden kann und Logik Netlist und Layout Netlist Vergleich (LVS) wie Layout-Design-Tools-Modul ist ZeniPDT, hat es eine hierarchische Design-Regel-Prüfung und Online-Bearbeitung Fähigkeit der Design-Prozess und bietet die Schnittstelle wie in Abbildung 1 gezeigt, um Standard-Daten zu schreiben,

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3. Designbeispiele

Jedes der CMOS-Digitalschaltungssysteme besteht aus einigen grundlegenden Logikeinheiten (nicht aus NAND-Gate oder Gate), und der grundlegende Entwurf des Zellenlayouts basiert auf dem Transistor-Schaltungsentwurf. Bei der Gestaltung des Layouts geht es darum, die Form der Maske zu entwerfen, den Ort des Transistors, die Position des Kontaktlochs und die Position der Signalleitung anzuordnen. Das folgende Beispiel zeigt einen D-Trigger für die Datenerfassung.


3.1 Schaltplan und Arbeitsprinzip des D-Flip-Flops

D Trigger-Schaltung, wie in Figur 2 gezeigt, ist dieses Schaltplan durch ZSE-Modul neun Tage EDA-System-Tools gebaut, das grundlegende Arbeitsprinzip ist: der erste Satz CLB = 1, wenn das Taktsignal CLK = 0, DATA signalisiert in das Hauptregister Einheit durch Leitung TG1, aus dem Register aufgrund TG4 Leitung und die Bildung der geschlossenen Schleife, Latch das ursprüngliche Signal, das Ausgangssignal aus dem CLK konstant zu halten, wenn der Sprung auf 1, die Hauptregistereinheit aufgrund TG2 Leitung und bilden ein Closed-Loop-DATA-Signal-Latch für die Hälfte des Eingangssignals, dieses ebenfalls von TG3 über ein NAND-Gatter und einen Inverterausgang Q erreicht. Wenn der CLK von 1 auf 0 wechselt, gibt das D-Flipflop das Eingangssignal ein und sperrt den ursprünglichen Ausgang Zustand. Die Speichereinheit muss manchmal eingestellt werden, und das CLB-Signal in der Schaltung wirkt als Auslöser für 0 der Aufgabe. Wenn CLB = 0 war, wurde die Ausgabe von zwei zu 1 NAND-Gatter in 0 oder 1 gezwungen, unabhängig von dem Takt, der Ausgangsanschluss von Q wird auf 0 gesetzt.


3.2 Design des Layouts der Untereinheit des D-Triggers

Der in Bild 2 gezeigte D-Trigger besteht aus fünf Invertern, zwei NAND-Gattern, zwei Transmission-Gate- und zwei taktgesteuerten Invertern. Wählen Sie das Layout der entsprechenden Logikeinheit aus und verwenden Sie diese Module, um den D-Trigger zu bilden.

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Für das vollständig maßgeschneiderte IC-Layout-Design benötigen wir Arbeitsplattformen, einschließlich Hardware-Design, EDA-Software-Design und Prozessdokumente und Regeldateien für das Layout-Design. Die Design-Hardware dieses D-Flip-Flops ist eine SUN Ultra10-Workstation, die Design-Software ist ein neuntägiges EDA-System und es wird der 0.6um-Silizium-Grid-CMOS-Prozess verwendet.


Der CMOS-Inverter ist die grundlegendste Einheit in der digitalen Schaltung, die aus einem Paar komplementärer MOS-Röhren besteht. Das Obige ist die PMOS-Röhre (Laströhre) und das Folgende ist die NMOS-Röhre (Antriebsröhre). Die Logikfunktionen der Inverterschaltung können logische Grundschaltungen wie "Nein", "Nein" usw. erweitern und dann alle Arten kombinatorischer Logikschaltungen und sequentieller Logikschaltungen erhalten.


In einem Schaltplan wird die zwischen den Endpunkten jeder Vorrichtung gezeichnete Linie durch eine einfache Kreuzung von zwei Linien dargestellt. Aber für das spezifische Layout des physikalischen Layouts müssen wir uns Sorgen um die physikalischen Beziehungen zwischen verschiedenen Verbindungsschichten machen. In dem Silizium-CMOS-Prozess können die N-Typ- und die P-Typ-Diffusionszone nicht direkt verbunden sein.

Daher muss es eine Methode geben, die einfache Leckage zwischen der physischen Struktur und der physischen Struktur zu verbinden. Zum Beispiel werden mindestens eine Verbindung und zwei Kontaktlöcher in dem physischen Layout benötigt. Der Draht besteht normalerweise aus Metallleitungen. Das lokale Symbolschaltungslayout des Inverters, wie in 3 (a) gezeigt, kann erhalten werden. Ähnlich können wir die Quelle der MOS-Röhre mit der einfachen Verbindung zwischen der Energie VDD und Masse VSS durch Metalldraht und Kontaktloch verbinden. Wie in 3 (b) gezeigt, verwenden die Stromleitung und das Erdungskabel üblicherweise Metalldraht, und die Gitterverbindung kann durch einen einfachen Polysiliziumstreifen hergestellt werden. Fig. 3 (c) zeigt die Umkehrung des endgültigen Symbolschaltkreislayouts, das von dem in Fig. 4 gezeigten Neun-Tage-Layoutentwurfswerkzeug gezeichnet wurde. Das Layout anderer Grundeinheiten kann dadurch festgelegt werden.

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3.3 Layout-Design von D-Flip-Flops

Zuerst wird eine Bibliothek namens DFF erstellt, und jedes Einheitenlayout wird in der DFF-Bibliothek gespeichert, und eine neue Einheit namens DFF wird in der Bibliothek eingerichtet. Die Untereinheiten werden aufgerufen und das Layout des entsprechenden D-Triggers wird angeordnet, gefolgt von der Verbindung zwischen den Einheiten. Die 1-Schicht wird hauptsächlich in Metall verwendet, Metall- und Polysilizium-Verdrahtungskontaktloch wird verwendet, um den aktiven Bereich und das Metall zu verbinden, Durchgangslöcher, um das Metall 1 und Metall 2 zu verbinden, zwischen Polysilizium und Polysilizium und die gleiche Metallschicht direkt verbunden Nach dem Abschluss des Layout-Designs, und dann verwenden Sie das Layout-Verification-Tool ZeniVERI Layout-Design-Layout-Verifizierung schließlich nach der Verifikation von D-Trigger-Layout, wie in Abbildung 5 gezeigt.

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