黃越（10月31改動）
章節預覽
本章將要了解的內容有：
為什麼在數位電路版圖設計中標準化是重要的？
在模擬電路版圖設計中標準化技術的優點
為什麼要把一些單元放在一起
只有很少的金屬層佈線時應該了解的注意點
有很多的金屬層佈線時應該了解的注意點
為了佈線如何插入佈線通道
什麼時候布局粗的電源線
高密度區域訊號的輸入與輸出
如何保證單元之間有合適的距離
如何完全通過版圖設計規則的檢查
如何節約設計時間
如何保護閘電路不被損壞
標準單元技術的設計思想
為使自動版圖設計工具能夠布局佈線，需要制定規則。比如單元設計規則、布局規則、測試規則。
稍稍想象一下塑料拼裝玩具，這些規格統一的玩具塊都在相同乙個地方有用於連線的連線頭和連線空隙。用這些塑料方塊可以拼成乙個大方塊。所有的塑料塊都可以相互拼裝。
因為這些塑料塊都是標準的長、寬、高，並按標準格式將塑料塊拼裝好。不可能將任何非標準的塊與這些標準的塊拼在一起。
像這些標準塑料方塊一樣，用自動版圖設計軟體依據網格線和設計規則來設計單元庫。標準單元庫之間同樣要求能夠相互整合。為實現這個設想人們利用各種標準化的技術來構造這個特殊的單元庫。
標準化技術同樣也適用於模擬電路版圖設計，即使是不使用自動版圖設計軟體的情況。由於這些標準化技術在數位電路版圖設計中是強制執行的，所以本章的重點及舉例主要使用數位電路版圖設計。
標準網格
通過將器件布局在標準網格上，標準化的版圖系統可以自動佈線並能夠保證標準單元所有可行的布局。這些網格就像乙個個標準平面正方形塑料塊拼裝在一起。這是我們首先討論的問題。
討論過網格後，再來討論一下布局在這些網格之上的標準單元。如果我們利用網格布局並使用設計規則統一的（設計）單元，就可以使用自動工具來進行布局佈線。不考慮軟體的決定性的因素的情況下，我們的電路就會正確的設計出來。
基於網格的系統
典型的佈線軟體是基於網格的。基於網格的佈線器有兩個限制。固定線寬以及只能將器件對稱的布在網格線上。不能在基於網格的系統中隨心所欲的進行設計，必須符合網格布線規則。
決定網格大小的因素??
假設第一金屬層最小線寬為1微公尺，換句話就是最小線間距為1微公尺的工藝下。每根線的寬度為1微公尺，兩根線的間距為1微公尺，因此兩根平行線的最小距離為3微公尺。
圖2-1 網格大小舉例，最小線寬為1微公尺，最小線間距為1微公尺。因此，兩根線佔了3微公尺的寬度，在這種工藝中，已經建立了線中心到線中心間距為2微公尺的網格。
在圖2-1示例中，可以看到兩根線的線中心距離是半根頂部金屬線的線寬，加上兩根線的線間距，再加上半根底部金屬線的線寬，總共是2微公尺。兩個金屬線的線中心距離是2微公尺，所以要使用基於2微公尺的網格。
先確定在所使用的工藝中的最小線寬和最小線間距，才能確定將使用多大的網格。最小線寬越寬，線間距越大，所使用的網格就越大。
在本例中，使用2微公尺的網格可以保證在這個工藝中按工藝要求佈線總是正確的。
設計尺寸決定網格的大小
在這個工藝中我們可以在第二金屬層，甚至更多層金屬層上佈線。
首先先定義基片上布滿x（水平方向）和y（垂直方向）的網格線。基於網格的佈線器只能將線布在網格線上，從乙個網格交叉點到另乙個網格交叉點。
圖2-2 自動佈線器只能在x軸和y軸的的網格線上佈線
儘管佈線受到網格線的限制，但它使自動佈線軟體可以盡可能自動佈線，基於網格的佈線器佈線時完全依賴這些網格。
基於網格的佈線器可以在不同層使用不同大小的網格布線嗎？
也許你會在不同層使用不同大小的網格，但當試圖連線不同層的佈線時，布置用於連線在不同層的水平和和垂直線的通孔時變得很棘手。
試著在一種網格的上面再畫上稍微大一點的另一種網格，就會發現兩層的網格交點幾乎沒有乙個是重疊在一起的。所以，使用不同大小網格的佈線的金屬層幾乎是不可能連通的。
做過試驗後，我們了解了什麼才是基於規則的佈線器應該做的（見下一節）
基於規則的佈線器
現代工藝中，同一工藝使用不同網格尺寸，因為不同層的金屬線的最小寬度和最小線間距不同。若強制所有層上的網格使用同一種尺寸的話，人們將不得不使用晶元所有層上最大的需求尺寸。例如，如果在某一層可以使用1微公尺的間距，為何還要強制在該層使用2微公尺的間距呢？
接下來看看如何解決這個問題。
基於規則的佈線器是基於網格的佈線器的公升級版本。每一層佈線是用實際的設計尺寸來替代固定尺寸。
因為簡單、容易使用，絕大多數人使用基於網格的佈線器。我們不必將每一層的網格尺寸整合起來。在老版本基於網格的佈線器中，只需告訴網格在哪兒佈線器就會把線布在網格線上，佈線工作變得非常容易，佈線軟體也容易編寫。
然而，使用基於規則的佈線器可以獲得更加緊湊的線路。每一金屬層的線寬度和線間距可以不同，一些層上的線路可以進一步壓縮，可以有更小的網格尺寸，節約版圖空間。
每層按方向的佈線技術
計算機可以在第一金屬層隨意的佈線。然而，如果把晶元所有的部分都布在第一金屬層的話，將會畫地為牢無法布通。
就像你與你的朋友在玩鉛筆和紙的遊戲，將對方陷入乙個網狀的陷阱中。在電影「tron」中有乙個關於兩個電單車手玩的遊戲。兩位騎手比賽開電單車試圖用車印將對方圈住。夠快、夠酷的電影。
假設要在同一層布成百上千的器件，如果隨意佈線的話，發現很快就會阻塞其它器件的佈線路徑。
為了能夠使所有很多器件的版圖能夠佈線布通，必須在某些地方使用第二金屬層，以解決在第一層形成陷井的地方的佈線問題。
人們使用兩個金屬層的通道「通孔」將多層板的線路連線起來。使用基於網格的系統，連線第一和第二層金屬層的通孔只能**路通過的網格線上。
使用何種工藝決定人們使用多大的網格。這裡仍然使用2微公尺的網格來舉例。像上面提及的，在第一金屬層佈線時只能精確地沿著網格線來佈線，在第二金屬層佈線時同樣也要使用同樣的方法。
如果在兩層金屬層中都使用網格來佈線，並對佈線不加以約束，隨意佈線的話，第一和第二金屬層很快就不能繼續佈線了。
圖2-3 你曾經和你的朋友玩過像這樣的陷阱遊戲嗎？即使有兩層，你很容易便發現很快你就不能再佈線了。
與在一層板上隨意佈線相比，在二層板上隨意佈線布通的概率會更高。因第二層板能將在無法在第一層板上布通的線繼續布下去。但是，即使是這樣，我們也會很快陷入絕境。
人們隨意佈線時，為了保證能夠布通常常需要越來越多的金屬層。但是，實際上是沒有這麼多的金屬層可供我們使用。有乙個比較好的方法可以較好的解決這個複雜問題。
如果只在第一金屬層布水平線，第二金屬層布垂直線，你會覺得這個想法怎麼樣？天才的想法！絕對天才的想法！
圖2-4 這種設計技巧允許能僅僅使用兩層金屬使得具有複雜交叉點的線路布通，並且不會形成「陷阱」。第一金屬層只布水平線，第二金屬層只布垂直線。
若要改變佈線方向，只需改變金屬層佈線即可。例如，當你要從一點到另一點佈線的時候，首先在第一金屬層布水平線，接著通過通孔連到第二金屬層布垂直線。水平線、垂直線因在不同的板上所以不會形成交叉。
使用這個技巧，僅用二個金屬層，就可以布通所有的線路而不會形成「陷阱」。
你認為如果平行線垂直方向僅移動1或2個網格時是否仍採用二個金屬層來佈線？在圖2-5中，可以看到5根平行線在相同的部位都上跳乙個網格，你是否考慮不用第二金屬層布這些短的垂直線？
圖2-5 你是如何考慮非常短的跳線？是只需在同一金屬層佈線，還是布到另一層上去的？
如果垂直跳線的長度只有1~2個網格距離，一般跳線和水平線布在乙個金屬層上。（如果這就是你的回答的話，那麼恭喜你答對了。）
遲鈍規則：對於短的跳線不要改變金屬層佈線層
大致說來，將垂直線轉入第二金屬層佈線可以使第一金屬層上不更多的水平線，但是如果兩個水平線之間的跳線只相距乙個網格也採取這個方法，兩個平行線之間也不可能布其他的平行線，所以我們用這個方法也不能獲得任何好處。
不僅如此，還有可能產生不利因素。當你使用某一金屬層佈線時，其他的線路就不能使用該層同一位置佈線。而在同一層同一位置上重複佈線的可能性是存在的。
當這種情況出現時，你就不得不會選擇使用第二金屬層布短跳線來避開重複佈線的位置。兩根線之間也也不允許再佈其他的線了。
圖2-6 第二金屬層的某個區域已被占用了。
使用這個技巧，還可以獲得可靠性的提高。因為連線短跳線的通孔可能會導致高阻抗。不僅如此，通孔有時在加工時會沒有被完全蝕刻。
因此，僅僅跳開1~2個網格的平行線不必使用第二層佈線，只需在第一層佈線即可。
圖2-7 小跳線只需在同一層佈線即可
基於網格系統的庫規則
設計庫單元
當使用基於網格的佈線器佈線時，需要制定一系列涉及佈線所有情況的設計規則。一般我們就是使用這些規則來設計完整的標準單元庫。每個單元、每個反相器、每個與非門…所有器件的設計都服從這些規則。
輸入、輸出線的調整
圖2-8是乙個標準的反相器的邏輯圖，輸入標為a，輸出標為z
圖2-8 標準反相器的邏輯圖要將輸入線a和輸出線z用網格線完全佈好。否則將丟失通過自動佈線器所布的連線點。
圖2-9顯示了反相器在標準單元中的圖形，注意輸入和輸出a、z位於單元的中心。輸入、輸出線a和z不能隨便的佈線，必須像所有走線一樣布在網格上。如何將a、z用佈線連起來呢？
圖2-9 是標準反相器單元的版圖，當只能在網格上佈線時，如何保證接線是好的呢？
將網格放在反相器的版圖上，這樣用網格布線就容易的多了。
圖2-10網格系統覆蓋在標準化的反相器的版圖上面 ，注意輸入、輸出端用網格線對準。使用自動佈執行緒序便可以完成本單元的佈線。
觀察反相器的布局可以發現a和z連線十分方便，因為a和z位於水平網格線和垂直網格線的交點上。
必須用同樣的方法將標準單元中的所有構件放在網格交叉點上。所有版圖上的如走線、單元和交叉點等都要遵守這些規則。例如有關布局的規則和最小間距，否則就不能保證能通過自動佈線系統的drc和lvc的驗證。
不僅要求所有單元要與網格的尺寸相符合，而且要求單元內部器件也要與網格吻合的很好。這似乎是乙個很一般概念，但人們會驚奇的發現單元一旦布局好後，內部構件的精確定位就變得容易的多。（先布內還是先布外？
）最近我們發現了一些問題，有些人沒有將部分單元器件精確地定位在網格的交叉點上，只是稍稍偏了一點。自動佈線器在佈線時，認為有足夠的空間可以布下一根線，實際上線可能與該器件連線再一起了。不過單元精確的布局，那麼空的網格點離單元內部器件的距離足夠遠的話，就不會產生上述的錯誤。
發生這種錯誤時我們不得不對內部器件重新布局。
第二章單元小結練
4 如圖2所示，物體a置於傾角為 的傾斜傳送帶上，它能隨傳送帶 一起向上或向下做勻速運動，下列關於物體a在上述兩種情況下的 受力描述，正確的是 a 物體a隨傳送帶一起向上運動時，a所受的摩擦力沿斜面向下圖2 b 物體a隨傳送帶一起向下運動時，a所受的摩擦力沿斜面向下 c 物體a隨傳送帶一起向下運動時...
單元測試 第二章
班級姓名得分 一 填空題 1.方程x 2x 1 5 x 3 的一般形式是其中一次項係數是二次項係數是常數項是 2.關於x的方程 k 1 x2 3 k 2 x k2 42 0的一次項係數是 3，則k 3.3x2 10 0的一次項係數是 4.一元二次方程ax2 bx c 0的兩根為 7.乙個正方體的表面...
第二章單元測試
第二章 圓周運動 單元測試 一 單選題 每題只有唯一的乙個答案，把答案填在答題卡中，每小題3分共45分 1 拋體運動的物體受力情況是 a.只受重力b.不受力 c.受重力和摩擦力d.受重力 摩擦力和向前的力 2 下列關於物體運動的說法中錯誤的是 a 物體在恒力作用下，一定做直線運動 b 物體在始終與速...