互補數據冗餘結構型cmos標準單元電路物理庫模型設計方法
2023-10-11 03:40:09 1
專利名稱：互補數據冗餘結構型cmos標準單元電路物理庫模型設計方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路領域，具體涉及互補數據冗餘結構型電路的單元庫物理庫模型設計方法。
背景技術：
互補數據冗餘結構型(「Dual Data Stream」 Spatial Redundancy)電路的設計方法，是將 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)電路中的 PMOS (P-channal Metal Oxide Semiconductor)網絡和 NMOS (N-channal Metal Oxide Semiconductor)網絡輸入輸出信號隔離。應用這種方法設計的電路能夠有效地抑制由外界粒子入射到CMOS電路反偏二極體結引起的瞬態脈衝的傳播，隨著研究的深入，電路實現方式有很多種，應用範圍越來越廣泛。圖I給出了互補數據冗餘結構型電路結構示意圖，圖I中PMOS網絡和NMOS網絡將輸入信號運算後分別傳遞到對應的輸出埠和傳輸管的控制端，產生Yp的輔助信號的 PMOS網絡和產生Yn的輔助信號的NMOS網絡將輸入信號運算後分別傳遞到NMOS傳輸管和 PMOS傳輸管的數據端，由傳輸管的控制信號決定是否將Yp(Yn)的輔助信號傳遞到輸出埠 Yn (Yp)。圖I中的NMOS傳輸管和PMOS傳輸管起到了隔離瞬態脈衝傳播的作用。上述CMOS邏輯門電路設計中，PMOS網絡和NMOS網絡輸入輸出信號被隔離開，使用全定製設計方法可以很容易分辨各信號的連接關係。但是，目前基於單元庫的半定製設計EDA (Electronic Design Automatic)工具中的算法是根據單元的邏輯功能和時序進行邏輯綜合以確定連接關係，因此需要單元的輸出與輸入的邏輯關係一一對應，而在上述方法中PMOS網絡和NMOS網絡的輸入輸出信號極性相同，略有相位差別，輸入與輸出的邏輯關係定義無法按照EDA工具中設定的單元綜合庫模型格式描述出來。通過簡化互補數據冗餘結構型CMOS電路的單元時序關係，將兩個輸入端表徵成一個輸入，將兩個輸出端表徵成一個輸出，使單元的邏輯功能描述符合EDA工具中提供的埠邏輯功能定義方法，通過標準單元特徵化手段的得到綜合庫模型。互補數據冗餘結構型CMOS電路標準單元綜合庫模型設計方法對應的物理庫模型設計不能採用常用的設計流程完成，互補數據冗餘結構型CMOS電路的設計的標準單元的應用很難被推廣。
發明內容
本發明的目的在於提出一種互補數據冗餘結構型CMOS標準單元電路物理庫模型設計方法，按照單元庫設計流程，在完成PMOS網絡和NMOS網絡輸入輸出信號隔離的單元電路圖和版圖的設計後，應用輔助線和輔助層分別對電路圖和版圖PMOS網絡和NMOS網絡輸入輸出埠進行虛擬連接，設計出不區分PMOS網絡和NMOS網絡輸入輸出埠電路圖和版圖，按照物理庫模型設計方法從增加輔助連接的版圖抽取得到滿足EDA工具格式要求物理庫模型，同時在工藝文件中設置特殊的格點和特殊的布線軌道。
具體包括如下步驟 1)計算標準單元電路的單元庫中的金屬層中心距；2)設置多個虛擬層虛擬金屬層、虛擬通孔層、虛擬連接通孔層；3)計算多個虛擬層的參數虛擬金屬層寬度、虛擬金屬層間距、虛擬金屬層中心距、虛擬通孔寬度、相鄰虛擬金屬對虛擬通孔的覆蓋值、虛擬連接通孔的寬度；4)根據步驟I)和3)計算的上述參數來修正標準單元電路的版圖邊框和輸入輸出埠的坐標位置；並將CMOS標準單元中同一信號的PMOS網絡和NMOS網絡金屬按如下放置PM0S網絡埠金屬放置在NMOS網絡埠金屬上方，金屬層寬度為連接通孔寬度，預留一個金屬間距；5)用步驟2)中設置的虛擬層連接PMOS網絡和NMOS網絡埠，完成單元物理庫模型設計。所述步驟I)中金屬層中心距為通孔的寬度、相鄰通孔的最小覆蓋值的兩倍及金屬層的最小寬度的和。所述步驟3)中參數虛擬金屬層寬度設置為設計規則要求的連接通孔的最小寬度的2倍與金屬層最小間距的和；虛擬金屬層間距為設計規則要求的金屬層最小間距，虛擬金屬層中心距為按照設計規則計算的金屬層中心距的兩倍；虛擬連接通孔的寬度為設計規則要求的連接通孔寬度的2倍加上金屬層間距；相鄰虛擬金屬層對虛擬通孔的最小覆蓋至為虛擬連接通孔的寬度減去設計規則要求的通孔尺寸值的一半。本發明的有益效果是能夠完成互補數據冗餘結構型CMOS標準單元電路的物理庫模型設計，使得採用互補數據冗餘結構型CMOS設計的超大規模集成電路能夠應用基於標準單元的半定製設計來完成，提高了上述類型電路的設計效率。
圖I、互補數據冗餘結構型的CMOS電路結構示意圖。圖2、普通標準單元庫工藝文件中金屬層中心距的定義方法示意圖。圖3、互補數據冗餘結構型的CMOS標準單元庫的工藝文件中虛擬金屬層寬度、虛擬金屬層間距、虛擬金屬層中心距示意圖。圖4、互補數據冗餘結構型的CMOS標準單元庫的工藝文件中虛擬通孔的寬度、相鄰虛擬金屬對虛擬通孔的覆蓋值、虛擬連接通孔的寬度示意圖。圖5、互補數據冗餘結構型的CMOS標準單元版圖中預留的PMOS網絡和NMOS網絡埠金屬相對位置及寬度示意圖。圖6、互補數據冗餘結構型的CMOS標準單元版圖中用輔助層連接的PMOS網絡和 NMOS網絡埠金屬示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做詳細描述。為了能清楚的表述發明內容，首先明確版圖設計、設計規則、金屬層、通孔、連接通孔、標準單元庫及庫模型、綜合庫模型、物理庫模型、標準單元庫設計流程、金屬層中心距、格點、布線軌道、標準 單元高度、標準單元最小寬度的定義。版圖設計在半導體集成電路製造工藝中，複雜的製造過程中各個真實的物理層次如作為互連線鋁或者銅、做為柵的多晶等和作為雜質注入區域控制的圖形等的平面設計工作被從製造過程中分離出來，稱為版圖設計，版圖設計的成果形式為二維的圖形，被用於製作光刻板。設計規則在工藝製造過程中，通過大量實驗得到了同一圖層間和不同圖層間的設計規律， 將能得到高成品率的規律總結出來，對照版圖設計中的層次制定出的文件稱為設計規則。金屬層製造工藝中金屬互連線在版圖設計中對應的平面圖形通常被稱為金屬層，設計規則中規定了金屬層的最小寬度、最小間距等信息。通孔製造工藝中通過刻蝕介質添加金屬填充物將具有連接關係的相鄰金屬層的連接到一起，刻蝕區域的圖形在版圖設計中對應的平面圖形稱為通孔，設計規則中規定了通孔的寬度、最小間距、相鄰金屬對通孔的最小覆蓋值等信息。連接通孔將包含通孔及通孔相鄰金屬層組成的符合設計規則的組合圖形稱為連接通孔。其寬度為通孔的寬度與相鄰金屬對通孔的最小覆蓋值的兩倍的和。標準單元庫及庫模型將若干個具有一定邏輯功能的邏輯門電路、鎖存器和觸發器等時序的電路組成集合，這個集合中至少包括與門、或門、反相器和觸發器四個電路，將集合中每個電路作為獨立的個體分別進行詳細的表徵，表徵的內容包括電路圖、版圖、輸入輸出間邏輯功能和時序的描述、相對於版圖較簡潔的關鍵圖形描述、邏輯功能的硬體描述語言描述，這個集合稱為標準單元庫，各種描述方式稱為庫模型。綜合庫模型對輸入輸出間邏輯功能和時序的進行詳細描述並符合規定格式的文件。物理庫模型庫模型中相對於版圖較簡潔的關鍵圖形描述成為物理庫模型，這種描述要符合規定的格式。其中關鍵圖形指單元版圖中的部分信息由預先定義的標識層設計的輸入輸出埠標識、與埠標識連接的金屬、單元的邊界、單元內所有金屬層。對於基於時序的布線工具，需要將綜合庫模型信息寫入到物理庫模型中。 標準單元庫設計流程確定標準單元庫中單元的種類數量後，按照電路圖、網表、版圖、綜合庫模型、物理庫模型、邏輯功能的硬體描述語言描述的順序設計各種庫模型。金屬層中心距在標準單元庫設計中，需要對每層金屬都定義金屬層中心距，所確定的數值存放在標準單元庫工藝文件中。按照設計規則中金屬層的最小寬度和最小間距，可以得到兩個有最小間距和最小寬度的圖形，這兩個圖形的在某一方向上的中心線的距離為這一金屬層的最小中心距。較常用的金屬層中心距大於這一金屬層的最小中心距，圖2給出了較常用的金屬層中心距的定義方法，確定的數值為通孔的寬度、相鄰金屬對通孔的最小覆蓋值的兩倍及金屬層的最小寬度的和。格點基於標準單元庫的版圖設計過程中，將每層金屬層所在平面按照單元庫工藝文件中給出的金屬層中心距規劃出網格，這種劃分方式得到的虛擬的點稱為格點，格點的起點從平面的原點開始。布線軌道按照格點的劃分方法，將相鄰格點的中心線作為起連接作用的金屬層的中心線或者將格點所在位置作為起連接作用的金屬層的中心線的方法得到的金屬層位置稱為布線軌道。標準單元高度標準單元庫設計之初，要在預估部分標準單元的高度後，根據第2金屬層中心距選擇適當的整數，常用的做法為目前高度值較大單元的高度除以第2金屬層中心距取整後加1，用該整數乘以第2金屬層中心距作為標準單元高度，工藝文件中記錄標準單元高度。標準單元最小寬度第3金屬層中心距的值為可允許的標準單元最小寬度，為了讓標準單元在使用過程中能整齊拼接，標準單元寬度必須是標準單元最小寬度的整數倍，該整數的確定方法為將該單元的寬度除以標準單元最小寬度後取整加I。明確以上概念後，下面詳述發明實施步驟。具體實施步驟如下步驟I圖2給出了較常用的金屬層中心距的定義方法，連接通孔至連接通孔的中心距作為金屬層中心距，確定的數值為通孔的寬度、相鄰金屬對通孔的最小覆蓋值的兩倍及金屬層的最小寬度的和。中心距確定過程中不僅要根據本層金屬設計規則來確定，有時還要結合其他金屬層的規則來確定，如奇數層金屬布線層中心距確定時需互相考慮，一般來說第I金屬層、第 3金屬層、第5金屬層等奇數金屬層中心距設置成相等的值，雖然該設置值會大於第I金屬層等低層金屬根據圖2所示方法得出的金屬層中心距，但從宏觀考慮，這種設置方法會節省布線資源。互補數據冗餘結構型CMOS標準單元庫的工藝文件較一般標準單元庫物理庫模型的工藝文件複雜，首先，需要設置多個虛擬層，包括虛擬的金屬層、虛擬通孔和虛擬連接通孔；針對各虛擬層需設置相應的寬度、間距等數值，如虛擬金屬層寬度、虛擬金屬層間距、 虛擬金屬層中心距、虛擬通孔的寬度、相鄰虛擬金屬對虛擬通孔的覆蓋值、虛擬連接通孔的寬度，這些數值的設置方法都不同於常見設置。圖3和圖4給出了上述虛擬層的設置的方法示意圖。如圖3所示起連接作用的虛擬金屬層的寬度設置值為設計規則要求的連接通孔的最小寬度的2倍與金屬層最小間距的和，起連接作用的虛擬金屬層的間距為設計規則要求的金屬層最小間距，虛擬金屬層中心距為按照設計規則計算的金屬層中心距的兩倍。如圖4所示虛擬連接通孔的寬度為設計規則要求的連接通孔寬度的2倍加上金屬間距，相鄰虛擬金屬層對虛擬通孔的最小覆蓋值為連接通孔的寬度減去設計規則要求的通孔尺寸值的一半，圖中實線區域為連接通孔，虛線區域為按照設計規則可放置的通孔和金屬層。步驟2互補數據冗餘結構型CMOS標準單元版圖邊框和輸入輸出埠的坐標位置需按工藝文件中的虛擬金屬層中心距設置確定。需要注意的是，須將同一信號的PMOS網絡和NMOS 網絡埠金屬在放置成如圖5中所示的形狀，PMOS網絡埠金屬放置在NMOS網絡埠金屬上方，金屬層寬度為連接通孔寬度，預留一個金屬層間距。圖6給出了用輔助層連接的PMOS 網絡和NMOS網絡埠金屬示意圖，輔助層寬度與工藝文件中的虛擬連接通孔寬度一致，為在布局布線過程連接輸入輸出埠做準備。步驟3在LVS文件編寫過程中，利用不同的打標層匹配真實的金屬層和輔助層，分別在版圖中對應位置放置輸入輸出埠的標誌。完成版圖後進行LVS檢查，保證版圖與電路圖在未添加輔助連接和添加輔助連接的對應連接關係都正確步驟4利用添加輔助連接的版圖來完成各單元物理庫模型的抽取，版圖中PMOS網絡和 NMOS網絡埠被輔助層連接在一起，物理庫模型單元的各信號埠唯一，應用過程中連接關係不會出現歧義。應用過程中的注意事項有為了保證連線和通孔的方向一致性，布局布線時需注意單元方向，所有單元可以水平翻轉使用，不可以垂直翻轉使用。待用戶完成目標晶片總版圖後，去掉單元版圖中的輔助層，並將起連接作用的金屬層和連接通孔處理成PMOS網絡和NMOS網絡分離的起連接作用的金屬層，以達到將PMOS網絡和NMOS網絡輸入輸出信號隔離的目的。
權利要求
1.互補數據冗餘結構型CMOS標準單元電路物理庫模型設計方法，其特徵在於，包括如下步驟 1)計算標準單元電路的單元庫中的金屬層中心距； 2)設置多個虛擬層虛擬金屬層、虛擬通孔層、虛擬連接通孔層； 3)計算多個虛擬層的參數虛擬金屬層寬度、虛擬金屬層間距、虛擬金屬層中心距、虛擬通孔寬度、相鄰虛擬金屬對虛擬通孔的覆蓋值、虛擬連接通孔的寬度； 4)根據步驟I)和3)計算的上述參數來修正標準單元電路的版圖邊框和輸入輸出埠的坐標位置；並將CMOS標準單元中同一信號的PMOS網絡和NMOS網絡金屬按如下放置PMOS網絡埠金屬放置在NMOS網絡埠金屬上方，金屬層寬度為連接通孔寬度，預留一個金屬間距； 5)用步驟2)中設置的虛擬層連接PMOS網絡和NMOS網絡埠，完成單元物理庫模型設計。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟I)中金屬層中心距為通孔的寬度、相鄰通孔的最小覆蓋值的兩倍及金屬層的最小寬度的和。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟3)中參數虛擬金屬層寬度設置為設計規則要求的連接通孔的最小寬度的2倍與金屬層最小間距的和；虛擬金屬層間距為設計規則要求的金屬層最小間距，虛擬金屬層中心距為按照設計規則計算的金屬層中心距的兩倍；虛擬連接通孔的寬度為設計規則要求的連接通孔寬度的2倍加上金屬層間距；相鄰虛擬金屬層對虛擬通孔的最小覆蓋至為虛擬連接通孔的寬度減去設計規則要求的通孔尺寸值的一半。
全文摘要
一種互補數據冗餘結構型CMOS標準單元電路物理庫模型設計方法，按照單元庫設計流程，在完成PMOS網絡和NMOS網絡輸入輸出信號隔離的單元電路圖和版圖的設計後，應用輔助線和輔助層分別對電路圖和版圖PMOS網絡和NMOS網絡輸入輸出埠進行虛擬連接，設計出不區分PMOS網絡和NMOS網絡輸入輸出埠電路圖和版圖，按照物理庫模型設計方法從增加輔助連接的版圖抽取得到滿足EDA工具格式要求物理庫模型，同時在工藝文件中設置特殊的格點和特殊的布線軌道。本發明使得採用互補數據冗餘結構型CMOS設計的超大規模集成電路能夠應用基於標準單元的半定製設計來完成，提高了上述類型電路的設計效率。
文檔編號G06F17/50GK102622481SQ201210056380
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月6日 優先權日2012年3月6日
發明者盧紅利, 吳龍勝, 嶽紅菊, 李海松, 王忠芳, 王鵬, 趙德益 申請人:中國航天科技集團公司第九研究院第七七一研究所