標準單元庫標準單元種類

從圖1可以大致了解標準單元的種類。一般來說各種門電路，觸發(fā)器及各種I/O單元是一個標準單元庫所必須的配置，這些配置可以滿足一個純數(shù)字電路ASIC電路的設計需要，其他宏單元（含模擬宏單元）在許多工藝線往往有作為IP形式提供，所以也可以不完全納入標準單元庫中 。

圖1 單元庫種類

a）標準單元

標準單元包括反相器、與門、寄存器、選擇器、全加器等多種基本單元，每一個標準單元對應著多個不同尺寸(W/L)、不同驅動能力的單元電路，而且不同驅動強度電路都是基本尺寸或最小尺寸的整倍數(shù)。 單元庫的多樣性可以有效提髙綜合工具和自動布局布線工具的效率，同時也使得設計者可以更加自由地在性能、面積、功耗和成本之間進行優(yōu)化。

為了實現(xiàn)工具的自動布局布線，建庫時即在標準單元版圖設計時有許多特殊的設計規(guī)則，大致如下：

1. 所有單元都是等髙的矩形,或者髙度是基本高度的整數(shù)倍，以確保電路設計階段不會使用其他非常規(guī)的尺寸。

2. 為保證各單元與其他單元放置時不引起 DRC錯誤,所有版圖要用預先定義的模板進行設計，

3. 由于經(jīng)典布線器采用基于網(wǎng)格的方法進行布線連接，這一方法可以簡化布線工具的算法，減小計算機占用的內存資源。 因此所有單元的輸人輸出端口的位置、大小、形狀都盡童滿足網(wǎng)格間距的要求，以提高布線器的效率.

4. 電源線和地線一般位于單元的上下邊界，以便于連接共享，減小芯片面積。

b) 模塊單元

模塊單元(block)包括各種規(guī)模的數(shù)字模塊:RAM、ROM、COT、IP、電壓比較器等，也包括模擬模塊:運算放大器、ADC/DAC、鎖相環(huán)、振蕩器等。

模塊單元的版圖實現(xiàn)及其物理建庫與標準單元相似。對于 RAM 或 ROM模塊單元的建庫，可以仿照標準單元的過程，先建立RAM或ROM基本單元，再根據(jù)比特(bit)長和字(word)長，用半自動化的方法自底向上堆砌生成版圖。對于具有特殊要求的數(shù)字模塊，如IP和COT 模塊，則通過全定制的方法建立版圖供建庫使用。

c）I/O單元

芯片與印刷電路板通信的接口電路統(tǒng)稱為 I/O 電路。它作為芯片與外界通信的接口必須具有較大的驅動能力，抵御靜電放電的能力，抗噪聲干擾的能力以及足夠的帶寬和過電保護功能。 I/O 的種類包括輸入 1/0、輸出 I/O、雙向輸人輸出 I/O、供電 I/O 和接地 I/O。I/O的組成大致可分為三部分，即 PAD接口、信號緩沖電路和靜電放電保護電路 ESD。

標準單元庫，包括版圖庫、符號庫、電路邏輯庫等。包含了組合邏輯、時序邏輯、功能單元和特殊類型單元。是集成電路芯片后端設計過程中的基礎部分。運用預先設計好的優(yōu)化 的庫單元進行自動邏輯綜合和版圖布局布線，可以極大地提高設計效率，加快產品進入市場的時間。

因此，有實力的集成電路設計公司及加工廠家都應該擁有自己的標準單元庫，建立一套完整的與工藝線相對應的、內容豐富的、設計合理及參數(shù)正確的單元庫已成為設計必要的條件 。

標準單元通?？梢詰迷跀?shù)字電路設計中的綜合和布局布線階段。

在使用布局級網(wǎng)表和單元級庫版圖，布線工具可以增加信號連接線和電源線。

標準單元庫用來為邏輯綜合及布局布線工具提供支持，導出以下文檔用來進行支持：

GDSII文件：包含了單元的版圖信息，用來合成最終的全芯片版圖；

LEF文件：本文件是SOC ENCOUNTER環(huán)境下用于進行布局布線的文件，該文件為布局布線工具提供了工藝信息和各個單元的幾何特性；

時序文件：時序文件用于Design Complier及其他數(shù)字綜合工具進行門級綜合，用于SOC ENCOUNTER等布局布線工具進行時序優(yōu)化和調節(jié)。

電路邏輯和符號庫：用于進行大規(guī)模的芯片電路設計。

標準單元庫的設計主要包括電路設計和版圖設計記憶文檔的提取。其中電路設計環(huán)節(jié)要確定庫容量的確定和時序曲線的優(yōu)化，在這一設計中要最終確定所需的單元類型和驅動能力，電路設計完畢后進行版圖的設計，往往通過全定制的人工設計進行。不過也有一些自動化的工具進行，如CELLERITY和CLIP。

標準單元設計的不足之處在于：

(1)標準單元設計的原始投入大于門陣列設計。單元庫的開發(fā)需要大量的人力和物力，而且在工藝飛速發(fā)展的今天，能否建立在較長時間內適應技術發(fā)展和應用要求的單元庫是一個值得考慮的問題。

(2)標準單元庫的成本比門陣列高。門陣列的掩膜版只需要2～4塊，而標準單元所用掩膜版全部需要定制，芯片加工也需經(jīng)歷全過程，因此成本較高。

(3)標準單元設計單元布置和布線優(yōu)化通常更加復雜。 2100433B

標準單元設計過程一般以原理圖做為設計開始，然后與電子設計自動化（EDA）開發(fā)商開發(fā)的標準單元設計工具相銜接。在支持標準單元設計的EDA工具中，通常包括原理圖編輯功能，版圖編輯功能以及邏輯和時序模擬，在各種庫的支持下通過這些功能就能進行標準單元的設計，最后輸出掩模版圖和相應的測試向量提供給廠家用于生產。

與門陣列設計法相比，標準單元設計具有如下優(yōu)點：

(1)標準單元設計法的布圖方式更加靈活，使得標準單元設計可具有100%的連線布通率。

(2)芯片中沒有無用的單元和晶體管，所以面積利用率更高。

(3)可以與全定制設計方法相結合，在芯片中加人全定制設計功能塊，提高電路的性能。