基于40nm工艺MCU芯片的时钟树及时序优化分析与研究
发布时间：2021-07-11 05:44
随着集成电路产业的高速发展,数字IC的规模越来越大、时钟结构越来越复杂、频率越来越高。时钟信号是数据信号传输的基准,时钟网络的好坏直接决定芯片能否实现时序收敛,所以时钟树综合（Clock Tree Synthesis,CTS）和时序优化成为决定数字IC质量的关键。时钟树的质量不仅会影响时序结果,也会影响芯片功耗。本文基于TSMC 40nm工艺的MCU芯片,使用Synopsys的ICC2完成布局布线工作,规模约为618万门,最高频率为180MHz,可用于智能穿戴和智能医疗等领域。根据MCU芯片的性能要求,新提出了一种布局布图方案,将电压域分布与site array相结合。通过分析布局结果,该方案可以有效缓解布线拥塞,满足MCU芯片的时序和面积要求。本文重点阐述了在改善时序结果的情况下降低时钟网络功耗的方法。为了满足MCU性能要求,本文新提出了以下时钟树综合策略:（1）将传统时钟树综合细分为时钟树综合、时钟树优化（Clock Tree Optimization,CTO）、时钟树平衡（Clock Tree Balance,CTB）和时钟树绕线,可以对每一阶段结果进行分析与修正;（2）执行CT...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１数字１Ｃ后端版图设计的流程图??
随着手机、电脑等电子设备的高速发展，ＭＣＵ芯片在多种不同的场合下做??出不同的组合控制，主要体现在四个方面：工业控制、网络通信、消费电子和军??事国防，如图１－２所示。人工智能的高速发展．，开辟了?ＭＣＵ新的，应用场景，物??联网行业成为ＭＣＵ发展的新动力。?‘？?’??ｍｍｍ??工业控制ｋ?ｊ消费电子??：工业设备＾智能疯Ｔ??二智能仪表智能家ｆ??ＺＳＳＨＺｒ????＼通信设备??军用电子｜????图１－２?ＭＣＵ芯片的应用场合??２??
目前市场上通用的ＭＣＵ芯片主要包含８位、１６位和３２位。为了迎合市场??需求，本次ＭＣＵ芯片是１６位，可用于智能家居、智能医疗、智能穿戴和智能??计量等多个领域，如图１－３所示，具有广阔的市场空间，对于推动国内自主设计??ＭＣＵ的发展具有重要意义。??智慧城市?智能家居?智慧医疗?智能穿戴?智慧路灯??＇?０?ｉ??智能停车?智能计置?智慧农业?智慧物流??图１－３本次ＭＣＵ芯片应用的智能领域??１．２．２时钟树的研究现状??随着数字１Ｃ性能不断提高，减小在深亚微米设计中的时钟偏斜和时钟延迟，??、：改善时序结果，降低时钟网络功耗，成为当前数字１Ｃ的研宄重点。国内外对时?＇??钟树综合的算法、流程和方法都进行了深入研宄，并取得了一定的成果。为了准??？确把握国内外关于时钟树综合和时序优化的研究现状和发展方向，查阅了大量的｜??国内外文献。下面列举国内外发展的几个例子：??２００３?年，Ｗａｎｇ?Ｄ，Ｓｕａｒｉｓ?Ｐ?等在“Ａ?Ｐｒａｃｔｉｃａｌ?ＡＳＩＣ?Ｍｅｔｈｄｏｌｏｇｙ?ｆｏｒ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ??Ｃｌｏｃｋ?Ｔｒｅｅ?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｗｉｔｈ?Ｒｏｕｔｉｎｇ?Ｂｌｏｃｋａｇｅｓ．”中为灵活的时钟树综合提出?了一种??实用的ＡＳＩＣ方法。灵活的时钟网络引导我们完成一些复杂的时钟网络，例如这??些时钟网络包含：时钟驱动单元、时序单元、缓冲器、反相器、门控单元等。在??时钟绕线区域打上ｂｌｏｃｋａｇｅ，让ＣＴＳ更贴近实际情况。这个ＣＴＳ方法就是，在??使用多个时序约束文件的情况下
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CMOS集成电路闩锁效应理论的实践[J]. 樊海霞,朱纯仁. 电子测试. 2015(18)
[2]双频双系统导航芯片的时钟树分析和设计[J]. 童琼,张晓林,苏琳琳,张帅,杜龙军. 微电子学. 2011(02)
[3]片上偏差模型下Mesh结构时钟网络性能不确定性的分析[J]. 杨梁,范宝峡,赵继业. 计算机辅助设计与图形学学报. 2010(11)
[4]前后端协同的时钟树设计方法[J]. 王兵,彭瑞华,傅育熙. 计算机工程. 2008(12)
[5]时序模型建立的静态时序分析技术[J]. 林瑞清,孙佳佳,辛晓宁. 微电子学与计算机. 2005(10)
[6]ASIC设计中的静态时序分析技术[J]. 唐振宇. 电子与封装. 2005(10)
硕士论文
[1]基于28NM工艺ASIC芯片的静态时序分析与优化[D]. 翦彦龙.天津工业大学 2018
[2]基于28NM工艺ASIC芯片的时钟树综合优化研究[D]. 汤勇.天津工业大学 2018
[3]一款0.13μm芯片的时钟树综合优化与可制造性设计[D]. 谢飞.北京工业大学 2017
[4]基于电压降与时钟树优化的RF芯片数字后端设计[D]. 黄芝文.北京工业大学 2017
[5]ASIC芯片的block-level的物理设计与研究[D]. 吴远民.贵州大学 2016
[6]ASIC后端设计中的时钟树综合优化研究[D]. 张婷婷.湘潭大学 2015
[7]基于TheGuide的时钟树综合技术研究[D]. 王永亮.安徽大学 2014
[8]基于Encounter的深亚微米布局设计和布线方法研究[D]. 田晓萍.西安电子科技大学 2014
[9]时钟树有用偏差优化的高效实现[D]. 西西志华.国防科学技术大学 2012
[10]基于SOC ENCOUNTER的百万门级ASIC后端设计[D]. 陈思明.电子科技大学 2010
本文编号：3277459
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１数字１Ｃ后端版图设计的流程图??
随着手机、电脑等电子设备的高速发展，ＭＣＵ芯片在多种不同的场合下做??出不同的组合控制，主要体现在四个方面：工业控制、网络通信、消费电子和军??事国防，如图１－２所示。人工智能的高速发展．，开辟了?ＭＣＵ新的，应用场景，物??联网行业成为ＭＣＵ发展的新动力。?‘？?’??ｍｍｍ??工业控制ｋ?ｊ消费电子??：工业设备＾智能疯Ｔ??二智能仪表智能家ｆ??ＺＳＳＨＺｒ????＼通信设备??军用电子｜????图１－２?ＭＣＵ芯片的应用场合??２??
目前市场上通用的ＭＣＵ芯片主要包含８位、１６位和３２位。为了迎合市场??需求，本次ＭＣＵ芯片是１６位，可用于智能家居、智能医疗、智能穿戴和智能??计量等多个领域，如图１－３所示，具有广阔的市场空间，对于推动国内自主设计??ＭＣＵ的发展具有重要意义。??智慧城市?智能家居?智慧医疗?智能穿戴?智慧路灯??＇?０?ｉ??智能停车?智能计置?智慧农业?智慧物流??图１－３本次ＭＣＵ芯片应用的智能领域??１．２．２时钟树的研究现状??随着数字１Ｃ性能不断提高，减小在深亚微米设计中的时钟偏斜和时钟延迟，??、：改善时序结果，降低时钟网络功耗，成为当前数字１Ｃ的研宄重点。国内外对时?＇??钟树综合的算法、流程和方法都进行了深入研宄，并取得了一定的成果。为了准??？确把握国内外关于时钟树综合和时序优化的研究现状和发展方向，查阅了大量的｜??国内外文献。下面列举国内外发展的几个例子：??２００３?年，Ｗａｎｇ?Ｄ，Ｓｕａｒｉｓ?Ｐ?等在“Ａ?Ｐｒａｃｔｉｃａｌ?ＡＳＩＣ?Ｍｅｔｈｄｏｌｏｇｙ?ｆｏｒ?Ｆｌｅｘｉｂｌｅ??Ｃｌｏｃｋ?Ｔｒｅｅ?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｗｉｔｈ?Ｒｏｕｔｉｎｇ?Ｂｌｏｃｋａｇｅｓ．”中为灵活的时钟树综合提出?了一种??实用的ＡＳＩＣ方法。灵活的时钟网络引导我们完成一些复杂的时钟网络，例如这??些时钟网络包含：时钟驱动单元、时序单元、缓冲器、反相器、门控单元等。在??时钟绕线区域打上ｂｌｏｃｋａｇｅ，让ＣＴＳ更贴近实际情况。这个ＣＴＳ方法就是，在??使用多个时序约束文件的情况下
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CMOS集成电路闩锁效应理论的实践[J]. 樊海霞,朱纯仁. 电子测试. 2015(18)
[2]双频双系统导航芯片的时钟树分析和设计[J]. 童琼,张晓林,苏琳琳,张帅,杜龙军. 微电子学. 2011(02)
[3]片上偏差模型下Mesh结构时钟网络性能不确定性的分析[J]. 杨梁,范宝峡,赵继业. 计算机辅助设计与图形学学报. 2010(11)
[4]前后端协同的时钟树设计方法[J]. 王兵,彭瑞华,傅育熙. 计算机工程. 2008(12)
[5]时序模型建立的静态时序分析技术[J]. 林瑞清,孙佳佳,辛晓宁. 微电子学与计算机. 2005(10)
[6]ASIC设计中的静态时序分析技术[J]. 唐振宇. 电子与封装. 2005(10)
硕士论文
[1]基于28NM工艺ASIC芯片的静态时序分析与优化[D]. 翦彦龙.天津工业大学 2018
[2]基于28NM工艺ASIC芯片的时钟树综合优化研究[D]. 汤勇.天津工业大学 2018
[3]一款0.13μm芯片的时钟树综合优化与可制造性设计[D]. 谢飞.北京工业大学 2017
[4]基于电压降与时钟树优化的RF芯片数字后端设计[D]. 黄芝文.北京工业大学 2017
[5]ASIC芯片的block-level的物理设计与研究[D]. 吴远民.贵州大学 2016
[6]ASIC后端设计中的时钟树综合优化研究[D]. 张婷婷.湘潭大学 2015
[7]基于TheGuide的时钟树综合技术研究[D]. 王永亮.安徽大学 2014
[8]基于Encounter的深亚微米布局设计和布线方法研究[D]. 田晓萍.西安电子科技大学 2014
[9]时钟树有用偏差优化的高效实现[D]. 西西志华.国防科学技术大学 2012
[10]基于SOC ENCOUNTER的百万门级ASIC后端设计[D]. 陈思明.电子科技大学 2010
本文编号：3277459
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