CMOS集成电路版图设计：从门电路到全加器

"本章介绍了集成电路中的版图设计实例，主要关注CMOS技术，包括门电路、RAM单元和阵列的设计。通过各种CMOS逻辑门（如反相器、异或门、与门、与或非门、或与非门和全加器）的电路图和版图分析，阐述了如何优化版图布局以实现功能和面积的平衡。此外，还提到了CMOSRAM单元的版图设计，强调了双层金属设计和连线策略。" 在CMOS门电路设计中，反相器的版图有两种常见形式：一种是多晶栅竖直排列，使得源区面积减小，从而降低面积；另一种是多晶栅水平排列，允许其他金属线穿越，但可能增加面积。异或门的版图可以采用多晶栅竖直或水平布局，根据不同的布局策略来调整电路的高度和宽度。二输入端与门通过合并公共区域减少面积，而与或非门（AOI）和或与非门（OAI）则需要熟练掌握MOS管的串联和并联画法。 全加器的版图设计尤为复杂，需要考虑多个输入信号的共享，以及如何有效地布局器件以实现串并联结构。版图设计中，A、B、C输入线的位置安排和连接方式对整体布局至关重要，例如A线靠近Vdd转折，B线靠近Vss转折，而C线则需要在适当位置用金属线连接。进位和求和的输出反相器通常使用较大的宽长比以提高驱动能力。 CMOSRAM单元的版图设计则涉及双层金属结构，其中反相器共源，交叉连接和衬底连接使用金属1，位线和字线使用金属2。门管的多晶栅与金属1相连，通过通孔连接到字线，确保数据存储和读取的可靠性。 在版图设计中，对称性是重要的考量因素，这不仅涉及到美学，更关乎性能和工艺一致性。例如，描述中提到的将M5分割为M5a和M5b就是为了实现版图的对称性。这种做法有助于减小工艺误差对电路性能的影响，提高电路的可靠性和一致性。 总结来说，版图设计是集成电路设计的关键环节，它直接影响到芯片的性能、功耗和成本。通过对CMOS门电路、RAM单元等不同模块的版图优化，设计师可以实现更高效、更紧凑的集成电路设计，满足日益增长的计算需求。