8. 模拟集成电路版图设计入门

大家好！今天这一讲我要来聊聊具体的模拟版图设计这个工作，也可以称之为后端设计工作。一般来说，模拟版图设计的入门门槛相对于模拟电路设计要低一些，但是这并不表示版图设计需要的能力不强，其实拥有多年设计经验的版图设计工程师和拥有多年电路设计经验的工程师，他们的能力几乎不相上下，有时候拼的就是那么一点悟性。

这里之所以先谈版图设计工作，主要还是它入门上手比较快，而且由于反向设计中的主要输入信息是版图信息，这样对于版图设计工程师来说，信息比较全面。当然拥有了如此详细的版图信息，对于版图设计工程师当然比较轻松，但是如果希望能够后面摆脱相关版图的束缚，还需要如下的背景知识：

首先是封装尺寸，这个是我们看到反向版图信息时的第一个问题，为什么这个芯片尺寸这么大？所以设计师需要对芯片的上层封装有所了解，才能更好的理解前面的问题。

然后是PAD的布局，这个是从第一个背景知识传导出来的，为什么PAD的分布和位置，间距是这样的？如果没有这个背景知识，那么在设计时PAD的大小，位置，间距就不可能达到封装的要求。

下一个是模块布局，这个需要版图设计师在进行功能分布上的信息进行理解和分析，这样才能在功能实现，性能优化，功能与模块之间的联系上有一个比较好的理解，从而达到设计要求。

接着是电源地线，这些是需要版图设计师对模拟集成电路中电源和地线的走向，宽度，选取的金属层等信息需要有了解，这样在进行设计时才会有目的的进行优化。

下一个是主信号线，这个是版图中非常重要的信号线，版图设计师需要对主信号线的走向、宽度、金属层、间距等信息需要有所了解，这样设计的主信号线才能在速度、干扰、阻抗方面满足要求。

最后一个是器件知识，这个背景需要设计师对器件的工艺知识有所了解，同时还需要对器件实际的版图信息有所了解，甚至对器件制造版图信息有所了解；后两张版图信息的区别是一个是物理信息，一个是逻辑信息，这两个虽然都包含了版图设计信息，但是一个偏重于物理实现，一个偏重于制造实现，对于逻辑信息的载体是掩膜版，而对于物理信息的载体是GDS文件。

在版图设计师具有了以上6个背景知识后，设计师还需要选取合适的设计工具来进行设计，一般我们这边提及的设计工具是版图设计的EDA工具；现在在模拟版图设计中的主流工具是CADENCE的virtuoso的L-EDIT，主要原因是它和工艺厂商的PDK贴合的更加紧密；当然由于在规则验证这方面，Mentor的Calibre的友好性最优，所以一般到DRC,LVS,PEX阶段版图设计工程师会倾向于采用Calibre完成。

在采用了合适的版图设计工具后，我就要讲讲版图设计方法了，一般来说版图设计分为两大阶段：布局和布线；对应布局这个阶段，我们所采用的设计方法是：功能归一化、对称一致化、高低区分化；如何理解这三个方法，我这边一一道来。首先说说功能归一化，它的意思是需要将完成同一功能的模块或者器件布局在一起，将非功能的模块和器件布局在另外的地方，或者先不考虑；对称一致化的意识是完成同一功能的器件，如果采用了对称布局，不管是轴对称还是中心对称，一旦采用了那么其他同类的器件也必须都采用这种对称方式，而不能有的采用轴对称，有的采用中心对称，这样就是对称不一致化，这样设计后通过后端仿真很难发现问题，但是会对良率产生较为消极的影响；最后一个方法是高低区分化，是指对应高速电路和低速电路中的器件一定要布局在不同的区域，有时候甚至需要深井或者多重保护环来进行隔离。对应布线这个阶段，我们会用到的方法是处理好三个关系，它们分别是：方向和金属、电流和金属、过孔和金属。方向和金属的关系是处理方向和金属层的对应关系，这里的方向指的是横向或者纵向，这样可以使得金属不会在某一层上无法进行延伸；电流和金属的关系是处理金属的层数、厚度、电流密度和金属的过电流能力之间的关系；过孔和金属的关系注意是处理在已知过电流能力的金属上通过过孔的数模和形状。

最后我们聊聊模拟版图设计的类型，一般来说，从设计的对象来分，模拟版图设计分为模块版图设计和系统版图设计。其中，模块版图设计处理的对象是器件、模块内连线、保护环、输入输出引脚；而系统版图设计处理的对象是模块，模块间连线、PAD、ESD。这里的连线有两类，在模块中连线主要是器件之间的连线和模块内电源地线；而模块间连线是输入输出引脚的连线，模块间电源地线。

好，总结一下，这一讲我从五个方面：入门起点、知识背景、设计工具、设计方法和设计类型对模拟版图设计的工作进行了讲解，希望能对大家从事版图设计工作有所帮助。