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MOS晶体管单元电路的最佳二维公共质心布局生成

时间:2023-01-17 09:30:01 5晶体管阵列5s6080b晶体管

摘要

本文提出了二维公共质心 MOS 在晶体矩阵中拟合任何沟宽晶体管的通用算法。 算法保证了晶体管单元电路的布局不仅是完整的公共质心,而且是所有公共质心结构中最好的。 论文还提出了一种新的信道路由算法来实现公共质心路由。 该算法的可行性由实际的模拟晶体管单元电路证明。

背景

由布局引起的失配和寄生会大大降低模拟电路的性能。 众所周知,常见的纹理布局风格可以更好地匹配匹配要求严格的模拟器件,对工艺变化不敏感。 但是,很难手动生成两个以上的匹配设备完全最好的公共质感布局。 几乎没有关于模拟设备常见纹理布局的线索,这是一个容易出错和手动费力的过程。 该算法可以为具有任何电容比的电容器生成公共质心布局,但不适用于晶体管。 在[2]中,公共质心放置、对称布线和寄生平衡是通过特殊的优化算法考虑的,但仅限于设备对。 该算法只能在[3]中使用MOS晶体管构建一维共质心布局,但一维共质心布局有时细长,布局布线不可取。 更重要的是,二维公共质心布局通常比一维质心布局提供更好的梯度消除。 在本文中,我们提出了二维公共质心的通用算法 MOS 晶体管在晶体管矩阵中拟合任的晶体管。

同一设计设备的物理质量随机变化过程[4]被定义为过程引起的过程,与时间无关。 如今,模拟电路的功能大多是基于模拟设备的相对特征参数而不是这些参数的绝对值,对特定技术过程中可实现的电路性能产生了根本性的限制。这意味着在每个工艺节点下都需要解决的问题

我们可以使用公式 (1) 表示参数P的失配,其中 A P A_P AP S P S_P SP是参数P的技术相关面积和距离比常数;变量D表示两个晶体管之间的间距;W和L分别表示晶体管沟的宽度和长度。
在这里插入图片描述
根据失配模型,我们可以通过减少共质心器件与扩散区域的距离来减少上述两种失配。 只要这些距离的线性函数,常见的纹理布局就能将纹理之间的距离减少到零,消除长距离变化的影响。 即使变化包含非线性分量,它们在短距离内仍然保持近似线性。 公共质心布局越紧凑,就越不容易受到非线性梯度的影响。 因此,常见的纹理布局可以减少公式(1)中的两项,并适用于所有匹配的模拟设备。 还有其他布局风格,不匹配 [5] 测量和比较。 发现模拟设备不匹配最小化的最佳布局风格是通用纹理布局。
定义1:公共质心结构是由设备指定的序列或矩阵组成,并满足以下条件:

  1. 重叠:不同匹配设备的质地至少应相似。 理想情况下,质心应完全重叠,称为完全共质心结构。
  2. 对称:围绕结构 X 轴和 Y 轴对称。
  3. 分散:各设备的手指应尽可能均匀地分布在整个结构中。
  4. 紧凑:结构应尽可能紧凑。 理想情况下,它应该几乎是正方形。
    定义2:晶体管的手性是从其包含的向右手指的分数减去其包含的向左手指的分数中获得的值。
    在图1中,很明显M1的手性为1,M手性为-1/3,M3的手性为0。

条件1:晶体管共质心结构的手性条件是,每个匹配的设备都应具有相同的手性。 定义 1 足以构建电阻器和电容器的公共质心结构,但定义晶体管 1 和条件 1 在一起就足够了,因为不相等的手晶管会经历与方向相关的失配 [6]。

调研 【太老 不重要 但可以看到发展过程

数据集

自己构造 ,三个实际电路 和 版图构造, 没有真实的性能比较等参数。

实验指标

四。 实验结果和结论 我们已经用 C 实现了整个算法。 图6、图7和图8的所有结果都在Sun-V880的Solaris 5.在平台上得到的。 本文提出了二维公共质心 MOS 在晶体管矩阵中拟合任何沟宽晶体管的通用算法,我们可以保证它是最好的。 实际的单元电路证明了算法的可行性。

具体方法现有方法与之比较 具有一定的参考意义

MOS晶体管最佳二维共质心结构生成算法
我们的算法分为以下五个子步骤。 算法的输入是晶体管单元电路原理图和设计规则。 输出是晶体管单元电路的最佳公共质感布局。 在介绍整个算法之前,我们会给出一些必要的定义。
定义3:堆栈是一串晶体管指链,没有任何间隔,构建了正确的电子布局,共享源极和漏极。 在堆栈中,每个手指具有相同的通道宽度。
定义4:公共质心阵列是一种特殊的堆栈,必须满足定义1和条件1。
定义5:公共质心矩阵由多行堆栈组成,必须满足定义1和条件1。晶体管手指不共享源极和漏极。

A. 确定MOS晶体管的宽度定理1:

如果有一个MOS晶体管单元电路对应的完全公共质心阵列或矩阵的紧凑布局,每个晶体管的指数必须是偶数或最多只有一个奇数 数字。 证明:如果晶体管A存在于阵列或矩阵中ai,且指ai如果不是质地,A的另一个手指aj与ai中心对称。 因此,晶体管A的指数必须是偶数。 但如果手指 ai 就质地而言 A 指数必须是奇数。

B. 将电路原理图转换为扩散图

共享源漏区多,虚拟手指少。MOS晶体管的手指序列应根据原电路原理图构建扩散图。 将CMOS电路中的每个节点映射到图的顶部,并将晶体管的每个源泄漏连接到多边,得到与晶体管指数相同的电路扩散图 . 图2(a)扩散图如图2所示(b)所示。

对于集合 ∑ l e g a l W ∑_{legal_W} legalW中的每个w,我们可以得到一个手指向量W/w,它描述了所有晶体管的手指数。 每个向量 W/w 对应一个扩散图。 我们的算法是在所有这些扩散图中找到最优解

C. 生成半欧拉轨迹

为了构造公共质心数组或矩阵,我们首先构造一个仅由一半手指组成的堆栈,然后邻接其余的镜像副本。
定义6:半扩散图G=是任意两个顶点之间的边数为原扩散图一半的扩散图。
定理 2:当且仅当扩散图中至少存在欧拉轨迹时,晶体管单元电路可以构造为堆栈样式。

证明: ⇐ 我们可以用对应的手指代替所有的边,用欧拉轨迹中的网络代替所有的顶点。 连接所有相同的门和源/漏网,我们将获得布局。⇒我们用边代替所有的手指,用顶点代替所有的网络。 因此,通过上述方法得到的顶点和边的交错序列是一个欧拉轨迹。

如果 G 不是欧拉图,我们必须添加额外的边以将其转换为欧拉图。 根据奇度顶点数必须为偶数的图解定理,我们将所有顶点两两分组,并在每组两个顶点之间添加一条虚拟边。 问题1:对分组问题是如果甚至有不同的对象,则生成所有分组解,并将它们两个两个分组。 定理 3:问题 1 的算法复杂度为 n! 2 n / 2 × (n / 2 )! ,其中 n 表示不同对象的数量。

尽管算法复杂度随着 n 的增加而明显增加,但我们放弃了具有许多虚拟变量的解,这些虚拟变量对应于虚拟边缘。 因此,n 的值通常很小。
我们使用集合 ∑add_edge来表示添加的边集,它是将非欧拉图转换为欧拉图的最小边集。 式(3)中,Spg代表问题1的整个解空间。G’代表半欧拉图。 我们将每条欧拉轨迹命名为 G′ Half-Euler 轨迹。

问题2:搜索所有欧拉轨迹问题。
问题 2 的算法复杂度是非多项式的。 考虑到同一晶体管的指越集中,源漏区和栅极的布线越简单,我们应该使表示同一晶体管的指的边缘尽可能集中。 我们使用以下规则来获得简化的半欧拉图 Gs: 对于图 G’ 中的任意两个顶点,如果属于 G 的边数是偶数,我们使用两条边代替这些边; 如果是奇数,我们使用一条边来代替那些边。

定理 4:Gs 也是欧拉图。 替换大大减少了边的数量,这将降低问题2的算法复杂度。对于Gs中的每条Half-Euler轨迹,我们使用与上述相反的方法来获得完整的Half-Euler轨迹G’。

D. 将Half-Euler轨迹转换为公共质心结构
D. 将Half-Euler 轨迹转换为公共质心结构 对于一维结构,我们可以直接将另一条Half-Euler 轨迹与原始的Half-Euler 轨迹以相反的顺序邻接。 在图 3 中,大写字符代表扩散图的边 ,数字表示顶点

对于二维结构,我们列出了获得公共质心矩阵的算法如下,将其应用于每个半欧拉轨迹:
1、不同的行数对应不同的二维公共质心结构,所以我们用公式(4)计算最大行数;

2. 对于给定的 RowNum,使用公式 (5) 计算每行的手指数。

3. 将半欧拉轨迹和反向欧拉轨迹分别除以EveryRowMOSNum,就会有几个完整的行,也可能有两行,其指数小于EveryRowMOSNum。 我们将完整的行从上到下一一放置,并紧靠两行半熟的行。 如果两个半生不熟的行不能组成完整的行,我们可以在间隔之间添加更多的虚拟对象,以使结构轮廓成为矩形。 在图 4 中,字符“X”代表 dummy,字符“v”代表虚拟网络,它与任何其他网络都没有连接。

定理5:我们算法得到的所有一维和二维结构都必须对应正确的电路,满足定义1和条件1。

E. 评估解决方案 我们使用成本函数 (6) 来评估每个常见的质心结构。

Cdiff 使所有扩散区域的寄生效应最小化;Carea最小化整个布局的面积; Cratio使普通质心结构的轮廓近似正方形; Cdummy 最小化假人的数量; Cconnect 将所有互连的寄生效应降至最低。

定理6:公共质心结构中的所有Nets的质心也重合。 路由规则可以表示如下:

  1. 在上半矩阵中,连接同一行的网络的金属在该行的顶部通道中布线,在下半矩阵中,在底部通道中布线;
  2. 在矩阵的上半部分,连接行间奇数网的金属在矩阵的左通道中,在矩阵的下半部分,在右通道中。
  3. 在矩阵的上半部分,连接行间偶数网的金属在矩阵的右通道中,在矩阵的下半部分,在左通道中。

    在图 5 中,我们只使用不同颜色的线来代表不同的网络。 在实际布局中,我们使用 metal-1 进行水平布线,使用 metal-2 进行垂直布线。

值得跟进

  1. 如何保证在所有公共质心结构是最优的?
  2. 定义 1 足以构建电阻器和电容器的公共质心结构,但对于晶体管,定义 1 和条件 1 一起就足够了,因为具有不相等手性的晶体管将经历与方向相关的失配 [6]。
  3. 失配被定义为导致过程引起的、与时间无关的相同设计设备的物理质量随机变化的过程[4]。
  4. 还有其他布局样式,其不匹配已在 [5] 中进行了测量和比较。 发现使模拟设备不匹配最小化的最佳布局样式是通用质心布局
  5. 具有不相等手性的晶体管将经历与方向相关的失配 [6]。【大致实现,让我开始写论文的时候,具体的工程需求,从而立足一下文章的意义怎么写,请教一下工程师。做这个算法 为什么这么做的出发点 为什么要匹配 对什么性能有影响,左旋和右旋的影响,工程上是不是有需求,工程上倾向于怎样的设计】
  6. 最大行数以及每行的finger数具体计算不清晰
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