第8章 数字集成电路晶体管级设计.ppt

小结 本节分别介绍了数字集成电路晶体管级设计的设计流程、电路仿真和版图设计，并给出了CMOS基本逻辑门－反相器、与非门、或非门和传输门的晶体管级电路设计和版图的设计实例，介绍了数字电路标准单元库的基本概念和焊盘输入输出单元设计。 8.5.3 CMOS传输门和开关逻辑 CMOS传输门如图8.15所示。 （a） （b） （C） 图8.15 CMOS传输门：（a）晶体管级电路，（b）符号，（c）版图 8.6 数字电路标准单元库简介 前面仅仅介绍了几种最基本的数字逻辑单元的晶体管级设计，实际上，设计一个大规模的数字集成电路需要一系列的基本单元，这些基本单元包括了不同输入、不同速度以及不同驱动能力等具有多种性能的单元电路。所以，集成电路制造厂通常都有事先设计并验证的由几百个单元组成了单元库。数字电路标准单元库的设计都是在晶体管级进行的。单元库中可能包括触发器、全加器等功能模块。 8.6.1 基本原理 单元库设计的基本思想：将各种人工设计好的、成熟的、优化的、版图等高的功能模块存储在一个单元数据库中。问答题 用户根据设计要求，将电路分成各种模块的连接组合，通过调用单元库中已经设计好的标准单元来实现整个电路系统。 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（如与门、与非门、或非门等） 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 此外，还包括驱动电平转换电路、I/O保护电路和输入、输出焊盘等。 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。 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。 8.6.2 库单元设计 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 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。 8.7 焊盘输入输出单元（I/O PAD）