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研究生: 李宗霖
Lee, Chung-Lin
論文名稱: 對稱型類比電路佈局圖產生器
Layout Generator for Symmetric Analog Circuits
指導教授: 林家民
Lin, Jai-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 53
中文關鍵詞: 類比電路擺置類比電路繞線佈局自動化
外文關鍵詞: analog placement, analog routing, layout automation
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  • 類比電路自動化一直是大家希望解決的問題。之前研究類比電路自動化的論文,大多數以考慮擺置問題為主,很少考慮後續繞線問題,即使有在擺置階段考慮繞線的論文,其所使用的方法,都是直接套用數位電路考量可繞度的方法來預估繞線路徑,然而由於數位電路與類比電路考量的狀況並不完全一樣,因此直接套用其方法,可能會造成預測與實際產生很大的誤差。因此針對這些問題,在本論文中我們提出了一個最短路徑估量方法,用來決定模組與模組之間必須預留多大的繞線空間,才能同時滿足繞線與設計規則;同時,我們也提出了一個繞線的流程,可以完成所有的繞線包含訊號線和電源線。我們將此方法確實實現出來,從實驗的結果顯示,我們所設計的工具可以快速的完成電路佈局圖,並且實驗的結果顯示,我們所提出估量可繞度的方法與使用數位電路常用的估量方法相比,在所有測試電路皆可以得到較小的佈局圖面積與繞線的線長,而且也還能滿足設計規則的規範。

    In past few years, analog design automation has attracted more attention, and many researches have been published. Most of them focus on placement of analog blocks without considering routing issues. Recently, some papers start to consider routability-driven placement in analog circuits. However, their models used to estimate routing congestion are based on approaches for digital circuits, which make routing paths estimated by their models not match to real routing paths. Hence, this thesis proposes a shortest path estimation model to predict routing channels between any two modules during placement stage. Moreover, DRC rules are considered in placement methodology in order to obtain legal layouts. In addition to placement, a routing methodology used to route nets, which include signal nets and power nets, is proposed. We actually implement the design flow as a tool. The experimental results show our tool can generate layouts efficiently. More importantly, our tool gets better results in term of area and wirelength in all test cases comparing to the method which uses the bounding box estimation method.

    目錄 摘要 i ABSTRACT ii 圖片目錄 v 表格目錄 viii 1. 研究介紹 1 1.1. 相關研究 1 1.2. 相關研究 5 1.3. 研究貢獻 8 2. 問題描述與預備知識 10 2.1. 論文擺置演算法及繞線演算法 10 2.1.1. B*-tree & ASF-B*-tree表示法 10 2.1.2. Maze algorithm 13 2.2. 問題描述 13 3. 設計流程 14 3.1. 設計流程 14 4. 擺置演算法 17 4.1. 擾動B*-tree 17 4.2. 最短路徑估量法估量繞線空間 19 4.2.1. 繞線空間估量演算法 20 4.3. 計算符合設計規則之電晶體最小間距 24 4.4. 線性規劃產生繞線空間 25 5. 繞線演算法 27 5.1. 多端點Maze algorithm 30 5.1.1. 建立繞線圖 31 5.1.2. 考慮金屬指派成功之多端點繞線演算法 32 5.1.3. 平移繞線線段 35 5.2. 線段金屬層指派 36 5.3. 設計規則合法化 37 6. 實驗結果 42 7.結論 48 參考論文 49 附錄一 51 圖片目錄 圖 1.1.經由[2]所提出來的演算法所產生出來的擺置,有連結到輸出與輸入端點的模組被擺置在邊界上。 2 圖 1.2. (a: 電路圖。 (b: 電路圖所對應之單吊電流路徑順序。 (c: 符合單吊電流路徑之擺置。 3 圖 1.3. (a: B*-tree架構所產生的擺置。 (b: 理想的擺置。 3 圖 1.4. (a: 原本擺置。 (b: 將繞線擁擠區塊的寬度擴張,並以相對位置重新計算擺放模組的座標。 (c: 重新擺置後實際的模組被推離擁擠的繞線區塊。 4 圖 1.5. (a: 原本擺置。 (b: 在擁擠地區擺放虛擬的模組。 (c: 重新擺置後實際的模組被推離擁擠的繞線區塊。 5 圖 1.6. (a: 綠色虛線為使用避開障礙物估量法所預估的繞線路徑。 (b: 紫色虛線為實際利用Maze routing所產生的繞線路徑。 (c: 橘色虛線為最佳的繞線路徑。 6 圖 1.7. (a: 綠色虛線為使用邊界盒子估量法所預估的繞線路徑。 (b: 利用預估的繞線路徑的資訊產生繞線空間後的擺置。 (c: 紫色虛線為實際利用Maze routing所產生的繞線路徑。 7 圖 1.8.列基底擺置法 8 圖 2.1. 演算法流程圖 10 圖 2.2. 上圖 (a)為一顆有4個節點的B*-tree,每個節點代表一個模組,節點旁標註的寬與高則為對應模組的寬與高,產生對應擺置順序為 (b)、(c)、(d)、(e)。 11 圖 2.3. 類比電路電路圖 12 圖 2.4. 紅色虛線包含的節點為需在對稱軸上的電晶體可擺放的節點位置。 12 圖 3.1. 擺置演算法流程圖。 14 圖 3.2. 繞線演算法流程圖。 15 圖 4.1. 存在三個對稱組合為 ( b0, b0’)、(b1, b1’)、(b2, b2’)連線關係如短虛線與長虛線連接所示。 18 圖 4.2.模組bi為單獨電晶體,拆解為兩顆後擺放位置如 (b),紅色虛線為額外的成本。 19 圖 4.3. (a: 繞線端點實際位置圖。 (b: 預估路徑時所使用的節點的位置。 20 圖 4.4. 繞線節點圖 21 圖 4.5. (a: 原始繞線節點圖。 (b: 利用最短路徑估量後。 23 圖 4.6. (a: 本次研究所使用之估量方試所估量的繞線路徑。 (b: 理想的繞線路徑。 23 圖 4.7. (a: 繞線節點圖,且S與T為欲連接之兩節點。 (b: 連線路徑1。(c: 連線路徑2。 24 圖 4.8. (a: 利用模組內的元素為關鍵字至製程檔裡搜尋設計規則。 (b: 利用元素與模組的相對距離計算模組的最小間距。 24 圖 5.1. (a: ni與nj之繞線路徑。(b: 將 (a)轉換成最少著色問題之圖形。 29 圖 5.2. ni與nj為對稱關係,繞線時只繞ni,nj則以映射的方式產生。 30 圖 5.3. 為一個4x4的繞線矩陣 31 圖 5.4. (a: 繞線容量設定圖。 (b: 繞線結果圖。 32 圖 5.5. 多端點maze algorithm繞線過程,繞第3個pin點時因為path2<path3=path1<path4,故選path2的路徑為最後結果。 34 圖 5.6. 改變繞線成本之結果圖 35 圖 5.7. (a: 繞線完畢。(b: 映射對稱的線。(c: 平移重疊的水平線段後。(d: 平移重疊的垂直線段後。 36 圖 5.8. TSMC.18 minCo2Lay1RangeEnclosure { 0.01 0.06 } 38 圖 5.9. 數位電路合法化方向 (a)、(b)。類比電路合法化方向 (c)、(d)、(e) 38 圖 5.10. (a: 原始擺置位置。 (b: 由原點往右合法化後擺置位置 39 圖 5.11. 若現有六個元素,則各vi對應之LT (vi)如圖。 41 圖 6.1. 繞線預測路徑與實際繞線圖 44 圖 6.2. (a: 繞線完成插入via後,尚未執行合法化之佈局圖。(a: 繞線完成插入via後,執行合法化之佈局圖。 45 圖 6.3. (a: 完整佈局圖。 (b: 設計規則檢查圖。(c: 連線關係檢查圖。 46 圖 6.4. 實際電路佈局圖 47 附錄一.1 (a: 設定值為0時得到的佈局圖 。(b: 設定值為 1時得到的佈局 51 附錄一.2 (a: 設定值為1時得到的佈局圖 。(b: 設定值為0時得到的 52 附錄一.3. (a: 設定值為1時得到的佈局圖。 52 附錄一.4. (a: 設定值為1111時得到的佈局圖。 52 附錄一.5. (a: 設定值為G時得到的佈局圖。 (b: 設定值為SD時得到的佈局 53 表格目錄 表格 1. 各電路所含的模組數與繞線數 42 表格 2. 兩種估量方式應用在同一個擺置所產生出來的擺置面積與總線長 43

    [1] F. Balasa and K. Lampaert, “Module placement for analog layout using the sequence-pair representation,” in Proc. DAC, 1999, pp. 274-279.
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    [12] L. Xiao, E. F.Y. Young, X. He, and K.P. Pun, “Practical placement and routing techniques for analog circuit designs,” in Proc. ICCAD, 2010, pp. 675-679.

    下載圖示 校內:2016-08-06公開
    校外:2016-08-06公開
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