標準單元庫

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。是集成電路晶元後端設計過程中的基礎部分。運用預先設計好的優化 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、設計合理及參數正確的單元庫已成為設計必要的條件。

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。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化。

為了實現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則，大致如下：

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

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，

由於經典布線器採用基於網格的方法進行布線連接，這一方法可以簡化布線工具的演演算法，減小計算機佔用的內存資源。因此所有單元的輸人輸出埠的位置、大小、形狀都盡童滿足網格間距的要求，以提高布線器的效率.

電源線和地線一般位於單元的上下邊界，以便於連接共享，減小晶元面積。

1.

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

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.

由於經典布線器採用基於網格的方法進行布線連接，這一方法可以簡化布線工具的演演算法，減小計算機佔用的內存資源。因此所有單元的輸人輸出埠的位置、大小、形狀都盡童滿足網格間距的要求，以提高布線器的效率.

4.

電源線和地線一般位於單元的上下邊界，以便於連接共享，減小晶元面積。

b) 模塊單元

模塊單元(block)包括各種規模的數字模塊: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、振蕩器等。

模塊單元的版圖實現及其物理建庫與標準單元相似。對於 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。對於具有特殊要求的數字模塊，如IP和COT 模塊，則通過全定製的方法建立版圖供建庫使用。

c）I/O單元

晶元與印刷電路板通信的介面電路統稱為I/O 電路。它作為晶元與外界通信的介面必須具有較大的驅動能力，抵禦靜電放電的能力，抗雜訊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介面、信號緩衝電路和靜電放電保護電路 ESD。

標準單元通常可以應用在數字電路設計中的綜合和布局布線階段。

在使用布局級網表和單元級庫版圖，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，用來合成最終的全晶元版圖；

LEF文件：本文件是SOC ENCOUNTER環境下用於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：時序文件用於Design Complier及其他數字綜合工具進行門級綜合，用於SOC ENCOUNTER等布局布線工具進行時序優化和調節。

電路邏輯和符號庫：用於進行大規模的晶元電路設計。

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。其中電路設計環節要確定庫容量的確定和時序曲線的優化，在這一設計中要最終確定所需的單元類型和驅動能力，電路設計完畢後進行版圖的設計，往往通過全定製的人工設計進行。不過也有一些自動化的工具進行，如CELLERITY和CLIP。