北大集成电路版图设计课件_第9章集成电路版图设计实例
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第九章 集成电路版图设计实例
1
反相器
常用版图设计技巧
与非门和或非门 传输门
集
数字版图设计实例
成
电
路
版
图
模拟版图设计前注意事项
设
计
实
模拟版图设计中注意事项
例
三态反相器 多路选择器
D触发器 二分频器 一位全加器
静电保护电路
模拟版图设计实例
运算放大器
芯片总体设计
带隙基准源
2
9.1 常用版图设计技巧
1. MOS管的合并
26
9.5静电保护电路设计实例
电源静电保护
栅电容泄放管GNDVCC279.5静电保护电路设计实例
二级保护
PAD
限流电阻
VCC 二级限流电阻
二级保护
28
9.5静电保护电路设计实例
二级保护
至内部电路
VCC
GND
二级限流电阻
18
9.4版图设计时注意事项
设置分辨率（在Layout Editing视窗中选择Options-Display…查看x snap spacing 与y snap spacing是否与工艺相符。 多层接触孔尽量不要叠在一起，实在不行就并排放在一起，否则影响 成品率。 走线相接触的地方，最好是交叠处理，以保证良好接触。 引脚的命名需要规范化，骆驼式或者是用下划线隔开，不用担心长度。 为避免引线之间相互交叉，每一层连线的走向最好一致，比如，金属 1设计为横向，金属2设计为纵向，当版图设计时连线交叉时，金属1和 金属2之间不会短接。 在芯片版图空余空间，多打衬底接触，多打接触孔，尤其是地线和电 源线更要多打孔，以降低电源和地线上孔的电阻，从而降低线上的电压 降。
19
9.4版图设计时注意事项
为了避免干扰，数字电源地和模拟电源地要分开。 宽长比大的管子最好拆分，有利于减少栅电阻，提高特征频率。 最好用金属连接各个小管子的栅极，避免天线效应，提高成品率。 不要在任何模块或者器件之上走信号线。 关键的信号线的长度应尽量短，而且尽量用最上层金属走线，绕开敏 感区域。 连线布置可以采用并联走线，线的宽度应尽量宽。 无论PMOS管和NMOS管，其衬底接触与MOS管的距离应尽量小，最好是 最小间距。如果PMOS管和NMOS管之间的距离很近，那么在两个MOS管之 间必须设置衬底接触，而且在衬底接触中的接触孔要足够多。
PMOS 大，构成整个放电通路的任何导线的
PAD
宽度一定要有足够保证，因此还要保
限流电阻
证放电通路导线上孔的数目应尽量多。
MOS型静电保护因为具有PMOS和NMOS
两种类型的管子，因此放电时可能会
NMOS 引发CMOS电路的闩锁效应。 静电放电时，会在导线和多晶栅的接
触孔上会产生瞬时高温。
22
9.5静电保护电路设计实例
VCC
cn c
d
c
c
q qn
cn
cn
cn
q
d2
c
14
9.2 数字版图设计实例
8.二分频器
15
9.2 数字版图设计实例
9.一位全加器
A
B
C
C
A
B
VCC
B
A
B
C
carry
A
A
B
A
B
C
A
B
C
sum
A
B
C
16
9.2 数字版图设计实例
9.一位全加器
17
9.3版图设计前注意事项
1. 电流密度考虑 2. 匹配性考虑 3. 精度考虑 4. 噪声考虑
6
9.2 数字版图设计实例
1.反相器-并联反相器的版图
直接并联 共用漏区
7
9.2 数字版图设计实例
2.与非门
VCC
Q1
Q2
A
OUT
B
Q3
Q4
按电路图转换 MOS管水平走向设计
8
9.2 数字版图设计实例
3.或非门
A B
Q3
VCC Q1
Q2 OUT
Q4
按电路图转换 MOS管水平走向设计
9
9.2 数字版图设计实例
到电路
1.MOS管型静电保护
NMOS
GND
P管与N管距离 要远，防闩锁
PAD
VCC PMOS
23
9.5静电保护电路设计实例
2. 二极管型静电保护
到电路
衬底和 N+构成 的二极管
GND
二极管 标识层
PAD
VCC
N阱中的 P+和N+ 构成的二
极管
24
9.5静电保护电路设计实例
3. 限流电阻画法
限流电阻
电源
电源
3
9.1 常用版图设计技巧
2. MOS管的拆分
4
9.1 常用版图设计技巧
3.阱合并
+
同电位的阱
在CMOS集成电路工艺中，阱的占据面积是比较大 的，在阱电位一致的情况下，合并相同电位的阱可 以节省很大的芯片面积
5
9.2 数字版图设计实例
1.反相器
VCC
Q1
IN
OUT
Q2
垂直走向MOS管结构 水平走向MOS管结构
电阻标识层 金属1
1. 电阻尽量做的尽量宽一些，主要有两方面的考虑，一是电阻本身做 的宽能够有更大的电流容限，二是电阻做的宽，可以在其上放置更多的接
触孔。 2．电阻两头的接触孔一定要离金属的边缘远一些，因为在静电放电时， 瞬间会有大电流，放电通路上会产生一个瞬时的高温，相比较与单纯的金 属而言，用于连接金属和电阻的接触孔的阻值较大，温度会更高，所以包
20
9.5静电保护电路设计实例
VCC
PAD
限流电阻
钳位二极管
钳位二极管
这种电路的原理通过钳位使外部的静电产生的电荷放电到电源或者是地， 同时增加限流电阻限制流入芯片中的电流大小。
21
9.5静电保护电路设计实例
1.MOS管型静电保护
MOS管要分成多个管，叉指结构，以
VCC
便形成多支路共同放电。
因为放电瞬间流经MOS管的电流特别
围接触孔的金属的边缘要远离接触孔，防止金属烧断。
25
9.5静电保护电路设计实例
电源静电保护
VCC
A 栅电容
静电电流
泄放管 B
GND
芯片正常工作时，A点电位为高，B点为低，泄放管不导通。当瞬间的静电高压冲 击到来时，图中的二极管导通，VDD为静电高压，RC电路对高压有延迟，故A点 电压较VDD上升慢，而使反相器PMOS管导通，B点电压上升，使大尺寸的泄放管 导通，静电电流被泄放掉。一般时候，人体静电放电的上升时间仅为10ns左右量级， 而芯片启动时间为ms量级，因此，要使静电放电电路仅在放电时启动，而又不影 响芯片正常工作的情况下，静电放电电路的RC时间常数必须在两者之间，通常可 以取0.1μs到1μs量级。
4.传输门
clk
IN
OUT
clk
10
9.2 数字版图设计实例
5.三态反相器
Q5 EN
Q6
i
VCC Q1
Q2 Y
Q3
Q4
11
9.2 数字版图设计实例
6.多路选择器
VCC
Sn
S
i0
S
i1
y
Sn
12
9.2 数字版图设计实例
7.D触发器
cn c
d
VCC
c q
qn cn
13
9.2 数字版图设计实例
8.二分频器
1
反相器
常用版图设计技巧
与非门和或非门 传输门
集
数字版图设计实例
成
电
路
版
图
模拟版图设计前注意事项
设
计
实
模拟版图设计中注意事项
例
三态反相器 多路选择器
D触发器 二分频器 一位全加器
静电保护电路
模拟版图设计实例
运算放大器
芯片总体设计
带隙基准源
2
9.1 常用版图设计技巧
1. MOS管的合并
26
9.5静电保护电路设计实例
电源静电保护
栅电容泄放管GNDVCC279.5静电保护电路设计实例
二级保护
PAD
限流电阻
VCC 二级限流电阻
二级保护
28
9.5静电保护电路设计实例
二级保护
至内部电路
VCC
GND
二级限流电阻
18
9.4版图设计时注意事项
设置分辨率（在Layout Editing视窗中选择Options-Display…查看x snap spacing 与y snap spacing是否与工艺相符。 多层接触孔尽量不要叠在一起，实在不行就并排放在一起，否则影响 成品率。 走线相接触的地方，最好是交叠处理，以保证良好接触。 引脚的命名需要规范化，骆驼式或者是用下划线隔开，不用担心长度。 为避免引线之间相互交叉，每一层连线的走向最好一致，比如，金属 1设计为横向，金属2设计为纵向，当版图设计时连线交叉时，金属1和 金属2之间不会短接。 在芯片版图空余空间，多打衬底接触，多打接触孔，尤其是地线和电 源线更要多打孔，以降低电源和地线上孔的电阻，从而降低线上的电压 降。
19
9.4版图设计时注意事项
为了避免干扰，数字电源地和模拟电源地要分开。 宽长比大的管子最好拆分，有利于减少栅电阻，提高特征频率。 最好用金属连接各个小管子的栅极，避免天线效应，提高成品率。 不要在任何模块或者器件之上走信号线。 关键的信号线的长度应尽量短，而且尽量用最上层金属走线，绕开敏 感区域。 连线布置可以采用并联走线，线的宽度应尽量宽。 无论PMOS管和NMOS管，其衬底接触与MOS管的距离应尽量小，最好是 最小间距。如果PMOS管和NMOS管之间的距离很近，那么在两个MOS管之 间必须设置衬底接触，而且在衬底接触中的接触孔要足够多。
PMOS 大，构成整个放电通路的任何导线的
PAD
宽度一定要有足够保证，因此还要保
限流电阻
证放电通路导线上孔的数目应尽量多。
MOS型静电保护因为具有PMOS和NMOS
两种类型的管子，因此放电时可能会
NMOS 引发CMOS电路的闩锁效应。 静电放电时，会在导线和多晶栅的接
触孔上会产生瞬时高温。
22
9.5静电保护电路设计实例
VCC
cn c
d
c
c
q qn
cn
cn
cn
q
d2
c
14
9.2 数字版图设计实例
8.二分频器
15
9.2 数字版图设计实例
9.一位全加器
A
B
C
C
A
B
VCC
B
A
B
C
carry
A
A
B
A
B
C
A
B
C
sum
A
B
C
16
9.2 数字版图设计实例
9.一位全加器
17
9.3版图设计前注意事项
1. 电流密度考虑 2. 匹配性考虑 3. 精度考虑 4. 噪声考虑
6
9.2 数字版图设计实例
1.反相器-并联反相器的版图
直接并联 共用漏区
7
9.2 数字版图设计实例
2.与非门
VCC
Q1
Q2
A
OUT
B
Q3
Q4
按电路图转换 MOS管水平走向设计
8
9.2 数字版图设计实例
3.或非门
A B
Q3
VCC Q1
Q2 OUT
Q4
按电路图转换 MOS管水平走向设计
9
9.2 数字版图设计实例
到电路
1.MOS管型静电保护
NMOS
GND
P管与N管距离 要远，防闩锁
PAD
VCC PMOS
23
9.5静电保护电路设计实例
2. 二极管型静电保护
到电路
衬底和 N+构成 的二极管
GND
二极管 标识层
PAD
VCC
N阱中的 P+和N+ 构成的二
极管
24
9.5静电保护电路设计实例
3. 限流电阻画法
限流电阻
电源
电源
3
9.1 常用版图设计技巧
2. MOS管的拆分
4
9.1 常用版图设计技巧
3.阱合并
+
同电位的阱
在CMOS集成电路工艺中，阱的占据面积是比较大 的，在阱电位一致的情况下，合并相同电位的阱可 以节省很大的芯片面积
5
9.2 数字版图设计实例
1.反相器
VCC
Q1
IN
OUT
Q2
垂直走向MOS管结构 水平走向MOS管结构
电阻标识层 金属1
1. 电阻尽量做的尽量宽一些，主要有两方面的考虑，一是电阻本身做 的宽能够有更大的电流容限，二是电阻做的宽，可以在其上放置更多的接
触孔。 2．电阻两头的接触孔一定要离金属的边缘远一些，因为在静电放电时， 瞬间会有大电流，放电通路上会产生一个瞬时的高温，相比较与单纯的金 属而言，用于连接金属和电阻的接触孔的阻值较大，温度会更高，所以包
20
9.5静电保护电路设计实例
VCC
PAD
限流电阻
钳位二极管
钳位二极管
这种电路的原理通过钳位使外部的静电产生的电荷放电到电源或者是地， 同时增加限流电阻限制流入芯片中的电流大小。
21
9.5静电保护电路设计实例
1.MOS管型静电保护
MOS管要分成多个管，叉指结构，以
VCC
便形成多支路共同放电。
因为放电瞬间流经MOS管的电流特别
围接触孔的金属的边缘要远离接触孔，防止金属烧断。
25
9.5静电保护电路设计实例
电源静电保护
VCC
A 栅电容
静电电流
泄放管 B
GND
芯片正常工作时，A点电位为高，B点为低，泄放管不导通。当瞬间的静电高压冲 击到来时，图中的二极管导通，VDD为静电高压，RC电路对高压有延迟，故A点 电压较VDD上升慢，而使反相器PMOS管导通，B点电压上升，使大尺寸的泄放管 导通，静电电流被泄放掉。一般时候，人体静电放电的上升时间仅为10ns左右量级， 而芯片启动时间为ms量级，因此，要使静电放电电路仅在放电时启动，而又不影 响芯片正常工作的情况下，静电放电电路的RC时间常数必须在两者之间，通常可 以取0.1μs到1μs量级。
4.传输门
clk
IN
OUT
clk
10
9.2 数字版图设计实例
5.三态反相器
Q5 EN
Q6
i
VCC Q1
Q2 Y
Q3
Q4
11
9.2 数字版图设计实例
6.多路选择器
VCC
Sn
S
i0
S
i1
y
Sn
12
9.2 数字版图设计实例
7.D触发器
cn c
d
VCC
c q
qn cn
13
9.2 数字版图设计实例
8.二分频器