Особенности проектирования топологии

УДК 621.38(06) Электроника
А.В. КРУТИКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОПОЛОГИИ
БИБЛИОТЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ СИНТЕЗА СБИС
Рассмотрены
некоторые
конструктивно-топологические
принципы
проектирования библиотечных элементов для автоматического синтеза КМОП
СБИС с помощью средств современных САПР.
Существующие в настоящее время средства САПР СБИС позволяют
производить автоматический синтез сложнофункциональных СБИС на
основе заранее спроектированных библиотек элементов. Такие
библиотеки содержат схемотехнические и топологические представления
элементов, временные и мощностные параметры, а также файлы в
формате LEF (Library Exchange Format) для проведения автоматического
размещения и трассировки цифровых блоков. Такие библиотеки содержат
большое количество элементов, различающихся функционально
(инверторы, буферы, элементы логики, триггеры, а также элементы
сумматоров), и по физическим параметрам (элементы с повышенным
быстродействием или с пониженной потребляющей мощностью) и т.д.
При разработке топологии библиотечных элементов необходимо
выполнить ряд требований для минимизации количества ошибок, а также
количества слоев металлизации и площади кристалла, необходимых для
разводки
связей
между
функциональными
элементами
при
автоматическом синтезе топологии СБИС. Это особенно важно при
усложнении функциональности СБИС и увеличении плотности
расположения элементов на кристалле.
Связи в элементах обычно выполняются в первом слое металлизации,
однако в сложных элементах допускается использовать и второй слой
металла. Связи в элементах необходимо располагать таким образом,
чтобы внешние выводы элементов в первом слое металла были
максимально упорядочены вдоль координатной сетки (рис. 1). Программа
автоматической разводки располагает контактные окна (КО) перехода на
более высокий слой металлизации по узлам координатной сетки, при этом
линии
разводки
в
соседних
слоях
металла
располагаются
перпендикулярно друг другу. На рис. 1 (а) показано неправильное
расположение выводов, при котором доступ к выводу А1 может быть
осуществлен только в двух местах. На рис. 1 (б) показано рекомендуемое
_______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 1
145
УДК 621.38(06) Электроника
расположение выводов, при котором вывод А1 покрывает четыре узла
координатной сетки, а два центральных узла остаются свободными для
обеспечения контакта к любому из выводов.
а)
б)
Рис. 1. Расположение выводов элемента в первом слое металлизации
Связи во втором слое металла могут быть проведены только вдоль
линий координатной сетки.
Необходимо также учитывать размеры КО,
используемых при разводке, и обеспечивать место
для их размещении (рис. 2). Высота КО обычно
превышает минимальную ширину металлических
шин и если не учитывать этот факт можно
допустить возникновение ошибок при разводке.
Программы автоматической разводки не могут
“поворачивать” КО на 90о, для обеспечения такой
возможности нужно задавать два вида КО
(горизонтальные и вертикальные) в LEF-файле.
Еще одной особенностью, связанной с
Рис. 2. Расстояние
между
контактным форматом обмена данных между различными
окном и соседними средствами САПР является использование в
шинами
топологии металлических шин с наклоном 45 о
относительно координатной сетки. Правила проектирования допускают
использование таких шин, но в формате LEF для описания металлических
шин используются только прямоугольники, при этом шины с наклоном
45о описываются совокупностью прямоугольников, вписанных в
реальную геометрию шины. Такое представление шин может привести к
увеличению времени разводки и, в результате, к возникновению ошибок.
Поэтому шины с наклоном 45о рекомендуется использовать только для
_______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 1
146
УДК 621.38(06) Электроника
внутренней разводки в элементах, но не для внешних выводов.
Использование в элементах двух уровней металлической разводки
также приводит к возникновению ряда ограничений.
Во-первых, шины, выполненные во втором слое металлизации,
должны располагаться строго вдоль линий координатной сетки для
минимизации потерь площади, доступной для внешней разводки.
Во-вторых, необходимо обеспечивать достаточное расстояние между
шинами, выполненными во втором слое металлизации, и выводами
питания и земли элементов (рис. 3). Это расстояние должно быть не
меньше расстояния между двумя шинами, выполненными во втором слое
металла, описанного в правилах проектирования для данной технологии.
Это необходимо для того, чтобы при внешней разводке оставалась
возможность постановки контакта к верхним слоям металлизации на
выводы питания и земли, выполненные в первом слое металлизации.
Рис. 3. Использование второго слоя металлизации в элементах
При использовании второго слоя металлизации в элементах также
необходимо обращать внимание на то, чтобы шины второго металла не
закрывали доступ к выводам, выполненным в первом слое металлизации.
На основании опыта разработки СБИС по технологическим нормам
0,25-0,18 мкм в среде САПР Cadence было установлено, что
использование описанных выше требований позволяет значительно
сократить количество ошибок при автоматическом синтезе топологии
СБИС, снизить время верификации и разработки проекта в целом.
Список литературы
1. Abstract Generator User Guide, Product Version 3.4 // Cadence Design Systems Incorporated, 2002.
2. Automated Custom Physical Design Flow In CADENCE, Johnny Premkumar // National
Semiconductor Corporation, 2005.
3. LEF/DEF Language Reference, Product Version 5.5 – стандарт языков LEF/DEF,
доступен на сайте http://www.openeda.org
_______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 1
147
УДК 621.38(06) Электроника
_______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 1
148