標準單元設計

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。

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(nèi)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(chǎn)。

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(qū)動能力的單元電路，而且不同驅(qū)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(nèi)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(qū)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。