两种基本布线原理详解

1.基于网格的布线器

所谓基于网格的布线就是把器件布局在标准网格上并用工具进行自动布线，保证按照电路的逻辑完成所有单元的摆布和单元之间正确的连接。典型的布线软件都是基于网格的。

标准网格就像一个个平面正方形塑料块拼装在一起，在开始布线前先定义X（水平方向）和Y（垂直方向）的网格线，然后采用自动布线工具，将每一层铝线布在网格线上，从一个网格交叉点到另一个网格交叉点，基于网格的布线如图4-1所示。

图4-1 基于网格的布线

在这种布线方法中，网格大小的选取是有讲究的。以D508项目所采用的CSMC 0.8μm工艺为例。图4-1中打阴影的第一层铝线Metal1最小线宽为1.2μm，每两条铝线的最小线间距也是1.2μm，那么两根一铝线中心距为2.4μm（每根一铝线的一般宽度为0.6μm，两根一铝线的间距为1.2μm），因此在这种工艺中要使用是基于2.4μm的网格。

因此通常来说先确定所使用工艺中的最小线宽和最小线间距，然后才能确定将使用多大的网格。最小线宽越宽，线间距越大，所使用的网格就越大。

基于网格的布线器布线时完全依赖这些网格，从中可以看到基于网格的布线器有两个限制：一个是布线的宽度是固定的，无法改变；另外一点就是只能将器件对称地分别布在网格线上，不能随心所欲地进行设计，必须符合网格布线的规则。

集成电路工艺中的每一层铝层的规则是有可能不同的，因此基于网格的布线通常无法在不同的布线层使用不同大小的网格布线，主要原因是连接不同层布线的通孔的放置是一件很困难的事，试想在一种网格的上面再设计另一个稍微大一点的另一种网格，会发现两层的网格交点几乎没有一个是重叠在一起的，从而造成不同铝层几乎无法连通的。因此所有铝层上的网格必须使用同一种尺寸，这样造成的另外一个问题是必须要使用所有铝层上最大的设计规则，包括铝层的条宽和间距，从而极大地浪费芯片面积。(www.xing528.com)

为解决以上问题，就出现了另一种布线器。

2.基于规则的布线器

基于规则的布线器中，每一层布线都是用实际的设计尺寸来替代固定尺寸，这样就能得到紧凑得多的布线，因为Metal 1的线宽和间距可能与Metal 2的线宽和间距并不相同。有些层次布线的压缩余地可能更大，它们可以有更紧凑的网格间距，从而节省版图空间。

既然可以用多层铝线来布线，那么自然会想到是否可以全部采用第一层铝线来进行芯片中所有的布线呢？这个当然不行，因为要使用同一层铝线连接成千上万个器件，很快会发现布线的阻塞，从而造成布线无法完成。为了能够使这么多器件的版图能够布线布通，必须使用多层布线。以D508项目为例，该项目采用两层铝进行布线，在第一层铝线（Metal1）布线时只能精确地沿着网格线来布线，在第二层铝线（Metal2）布线时同样也要使用同样的方法，那么一定会在某些地方要离开Metal1层进入到Metal 2层中。如果在两层铝层中都使用网格来布线，并对布线不加以约束随意布线，第一铝层和第二铝层就会造成走线上的冲突。

有一个比较好的方法可以较好地解决这个复杂问题，那就是只在第一铝层布水平线，第二铝层布垂直线，两层金属布线如图4-2所示。

图4-2 两层金属布线

若要改变布线方向，只需改变铝层布线即可，即在从一点到另一点布线的时候，首先在第一铝层布水平线，接着通过通孔连到第二铝层布垂直线。水平线和垂直线因在不同的掩膜版上，所以不会形成交叉。在某些特殊情况下，也可以不完全按照这种做法，比如图4-2中的两个平行的一铝线在垂直方向仅移动1或2个网格，这个时候就不需要采用二铝层来布线，而是直接都用一铝层来布线。