模拟电路的设备层感知分析位置

Device Layer-Aware Analytical Placement for Analog Circuits

摘要

模拟/混合信号 (AMS) 集成电路 (IC) 的布局与其数字对应物大不相同。 AMS 电路布局通常包括各种器件，包括晶体管、电容器、电阻器和电感器。 具有分层结构的复杂 AMS IC 系统也可能由预先布局的子电路组成。 不同类型的设备可以占据不同的制造层。 因此，在布局阶段，器件需要协同优化以实现高电路性能。 利用某些器件可以由互斥层构建的事实，可以将它们精心设计为相互重叠，从而在不降低电路性能的情况下有效减少总面积和线长。 在本文中，我们提出了一个分析框架来解决设备层感知模拟布局问题。 实验结果表明，平均而言，所提出的技术可以将总面积和半周线长分别减少 9% 和 23%。 为了验证布局结果的可布线性，我们还开发了一个模拟全局布线器，这表明器件层感知布局可以在全局布线期间实现 18% 的线长缩短。

介绍

模拟/混合信号 (AMS) 电路通常包含各种类型的设备，包括晶体管，电阻器，电容器和电感器。在具有分层设计的复杂AMS IC系统中，还可能存在预先布置的子电路作为放置装置 (例如，模数数据转换器系统中的预先布置的比较器)。不同类型的器件由不同的制造层构建: 晶体管和电阻器只能驻留在衬底和多晶硅层上; 高质量的电容器，如金属氧化物金属电容器，可以通过相互数字化的金属指状物直接形成 [1]；包含不同类型的器件和互连的预布置的子电路可能占据衬底、多晶硅和金属层。为了降低生产成本和布线复杂性，在高性能定制模拟设计中，为占据互斥制造层的设备创建重叠布局是一种常见且理想的做法。例如，在 [2,3] 中报告了在晶体管和电阻器顶部重叠的去耦电容器的实现示例，以解决面积和长度的开销。
从上面的描述可以看出，在大多数情况下，在模拟布局优化时允许具有互斥层的器件之间重叠是有好处的。 但是，有些设备即使占据了互斥层，也不应该与其他设备重叠，例如，对耦合至关重要且敏感的设备。 只有那些对耦合不敏感且位于互斥层上的层才应允许彼此重叠，而不会降低电路性能。 为了验证这种重叠不会导致电路性能下降，同时又不失一般性，我们提供了两个广泛使用的模拟电路及其布局示例，在下面不同制造层上的不敏感器件之间有重叠和没有重叠。
电容耦合运算跨导放大器 (CC-OTA) 是数据转换器和传感器接口中常见的构建模块，如图 1a 所示。 如图 1b 所示，通过将电容器与晶体管和电阻器重叠，面积和线长分别减少了 30% 和 4%。 表 1 比较了两种布局情况之间的布局后仿真相位裕度（稳定性指标）、单位增益带宽（速度指标）和环路增益（精度指标），这表明对电路性能的影响可以忽略不计。
电流控制环形振荡器 (CCO) 常见于锁相环 (PLL)，如图 2 所示。通过战略性地共享负载电容器 (CL) 和其他器件之间的垂直空间， 设计得到显着改进，导致面积减少 30%，线长减少 20%。 如表 2 所示，CCO 中心频率 (fCCO) 和调谐增益 (kCCO) 几乎保持不变，表明上层系统的动态特性（例如，PLL 带宽和调谐范围）不会受到影响。