物理验证LVS对bulk(体)的理解和处理技巧

news2024/9/23 17:17:44

对于物理验证中的LVS,需要对各种物理器件进行SpiceVsGDS的比对,基于现在流行的std-cell的库的设计方法,LVS需要对CMOS器件多相应的处理,这里会涉及到一些具体的物理库的知识和小的技巧,这里结合具体的物理设计和CDL形态,一起探讨一下std-cell的在LVS的特殊处理,ICer GO!

标准单元库一瞥

常规的标准单元库(std-cell)是标准的CMOS设计,由于采用P衬底的设计出来的CMOS器件的速度优势,目前业界流行的做法就是采用P型衬底(P substrate)来实现的

  • NMOS 直接坐在P-sub上
  • PMOS 则做在P-sub上的NWELL
    譬如下面的一个简单的工艺刨面图
    在这里插入图片描述
    以上边的NMOS为例,通常有更为常见的是下面的一个示意图
    在这里插入图片描述
    比较上述两个图,可以看到,每一个NMOS都会有一个bulk(体)的连接(有些场合也被称作body)
    在这里插入图片描述

在NMOS里边,这个bulk的作用就是将当前NMOS的P-sub做一个连接,通常P-sub是连接到VSS上的。
如果芯片里边有非常多的std-cell连续分布(这个也是常规做法),那么在版图里边就会有类似下列的一个刨面图:
在这里插入图片描述
由于所有的NMOS都是做在一片完整的P-sub上,自然NMOS的BULK需要连接到同样的电位VSS上,这里就是模拟设计里边常说的TAP 结构了。
可以看到,这个TAP结构完全是一个通用结构,为了节省std-cell的面积,目前业界比较流行的做法就是设计tapless(免TAP)的std-cell,然后使用公用的TAP cell将bulk连接到VSS上,这样对于节省std-cell的面积很有好处,但是考虑到TAP的电位对于std-cell的bulk的影响,工艺会给出具体的TAP的间距(目前流行的做法是checkerBoard/stagger的做法),APR工具为也提供了具体的命令和参数,支持std-cell的这种设计结构。
通过学习std-cell的形态,可以明确下列要点
**- std-cell都是tapless的结构

  • bulk需要使用TAP cell 分别将同列的std-cell的P-sub和NWELL分别连接到VSS和VDD上**

LVS的挑战

由于bulk在std-cell上PG和信号连接上是没有明显贡献的,对于使用none-bias的流程的std-cell,通常是无法在std-cell看到这个bulk的管脚的,譬如下面LEF的示例:
在这里插入图片描述
可以看到,这里有PG管脚的声明,但是没有声明bulk的管脚。
但是对于LVS而言,CMOS是一个四端器件,在验证栅源漏的同时,也需要完成对bulk的连接验证,这个也是符合APR的TAP的布局连接的。所以,这里需要打开CDL来一看究竟,见下图

在这里插入图片描述

可以看到,相较LEF而言,最后做LVS的CDL里边,会有bulk的连接描述。对于none-bias的std-cell而言,bulk的物理连接可以简单的连接到PG上,基本如下图
在这里插入图片描述
通常的LVS里边的source netlist是来自于APR工具,APR对于PG netlist的抽取,又是依赖于UPF和LEF的,所以综上,用户会遇到一种情形,LVS PG netlist对std-cell的描述会和最终的std-cell CDL出现分歧:source nelist的std-cell会缺失bulk连接声明,
在这里插入图片描述
很明显,同样的cell在LVS的source netlist缺失了bulk的连接,这样的LVS的比对,会发生大面积的std-cell port mismatch error,是无法进行的

v2lvs的高阶用法

但是这个问题看起来有一些奇怪,既然LEF里边没有声明bulk,同时在none-bias的flow下,bulk也无法被引用,这样的LVS是不是就走到死胡同了吗?当然不是,这里还是要回归问题本真。
std-cell的bulk仅仅是需要一个连接声明,具体说来就是两类

  • P-sub的bulk连接到VSS上
  • NWell的bulk连接到VDD上
    这个需要在LVS的source netlist处理一下就好(当然APR是没有这个魔法的)。
    LVS的source netlist 通常是从APR的PG netlist得到的,但是由于LVS是基于spiec比对的,所以一个简单示意如下:
    在这里插入图片描述
    通常而言v2lvs就是简单的把verilog 转换成spice格式,但是bulk的处理需要一些高级的用法,尤其是当设计中使用了多个power domain的时候,譬如下面这个示例:
    在这里插入图片描述
    所以,对于处于不同层次/block的std-cell的PG连接就会不太一样,类似的bulk连接也会不一样,具体描述如下表
blockPDpowergroundNWellP-sub
block1PD1VDD1VSSVDD1VSS
block2PD2VDD2VSSVDD2VSS
这种情形需要使用v2lvs的tcl模式进行细化处理,才能很好的将处于不同block的std-cell的 bulk连接处理完美

在这里插入图片描述

上述命令可以在基于当前std-cell 的PG连接关系,衍生出对应的bulk的连接,会变成下面的情形:
在这里插入图片描述
这样处理以后,LVS的std-cell的port mismatch也就完美解决了,
学好v2lvs,再也不用perl去patch source netlist了~~~~

【敲黑板划重点】

在这里插入图片描述
v2lvs插上TCL的翅膀,在复杂的netlist也可以处理的游刃有余,再也不用写一堆perl脚本去patch netlist。流程看起来也会更正规也提高了流畅性。

参考资料

Mentor Calibre® Verification User’s Manual
Synopsys Synopsys® Multivoltage Flow User Guide

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