HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die folgende Erfindung bezieht sich auf ein
Standard-Zellenlayout für einen LSI (large scale integrated circuit) und
insbesondere auf eine hochintegrierte Standardzelle wie eine Flip-
Flop-Standard-Zelle (eine sogenannte bistabile Standardzelle),
deren Länge in Richtung ihrer Energiequellen-Anschlußleitung so
bemessen werden kann, daß sie nicht größer als notwendig ist.
Beschreibung des Standes der Technik
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Eine herkömmliche Standardzelle, verwendet bei einem Layout
eines hochintegrierten Schaltkreises, insbesondere einer
hochintegrierten Zelle wie einer Flip-Flop-Standardzelle hat eine
relativ große Länge in Richtung ihrer Energiequellen-Anschlußleitung
(im folgenden wird diese Richtung als Querrichtung bezeichnet),
verglichen mit von der Flip-Flop-Zelle verschiedenen Zellen.
Wenn daher ein Schaltkreismuster durch Kombinationen der Flip-
Flop-Zelle und anderer Zellen zusammengesetzt wird, kann
aufgrund der Einheitlichkeit ihrer Querlängen Totraum im
Schaltkreismuster auftreten. Daher entsteht eine
Unannehmlichkeit beim Entwurf der Schaltkreismuster, die durch diese
Kombination zusammengesetzt sind.
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Fig. 1 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen Standardzelle. Wie
in der Zeichnung gezeigt, sind in der Zelle zwei
Energiequellenleitungen
1 vorgesehen, wobei 1 sich im wesentlichen
parallel zur Querrichtung (x-Achse) der Zelle so erstreckt, daß
eine Gruppe von Schaltkreiselementen wie Transistoren und
Dioden, erforderlich zum Aufbau eines logischen Schaltkreises,
in einem Raum 2 angeordnet sind, der zwischen die beiden
Energiequellen-Versorgungsleitungen 1 definiert ist.
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Wenn insbesondere Flip-Flop-Standardzellen, aufgebaut durch die
obengenannten Schalkreiselemente, in einer Zellenzeile
angeordnet werden, wird die Querlänge der Zeile beträchtlich groß.
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Fig. 2 zeigt eine Zellenart, durch die Versatz eines
Taktimpulses entstehen kann, und Fig. 3 zeigt Wellenformen, erzeugt
durch die Zeitverschiebung des Taktimpuls-Versatzes, ausgehend
vom ursprünglichen Taktimpuls.
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Wenn in Fig. 2 ein Treibertakt einem Schaltkreis 20 eingegeben
wird, umfassend eine Vielzahl von Zellen mit jeweils relativ
langen Längen, indem im einen Taktsignal i durch einen Puffer 21
zugeführt wird, unterscheiden sich ein Taktsignal (a),
eingegeben eine Zelle A, und ein Taktsignal (b), eingegeben in eine
Zelle B, in den Zeitkonstanten eines Drahtwiderstandes Ri und
einer Drahtkapazität Ci zwischen dem Puffer 21 und der Zelle A,
und einem Drahtwiderstand R und einer Kapazität C zwischen dem
Puffer 21 und der Zelle B.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, verschieben sich somit die Anstiegszeiten
des ursprünglichen Taktsignals i, des Taktsignals (a),
eingegeben durch Ri und Ci&sub1;, und des Taktsignals (b), eingegeben durch
R und C, zueinander aufgrund von Verzögerungen A, die jeweils
durch den Unterschied der Zeitkonstanten bedingt werden. Die
Verschiebung wird im allgemeinen Taktsignal-Versatz (clock skew)
genannt. Dementsprechend ist das Bedürfnis nach einem geeigneten
Zellenlayout entstanden, um den Taktsignal-Versatz zu vermeiden.
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Die Taktleitung dieses Taktsignal-Versatzes wird lang und groß,
falls die Flip-Flop-Zellen verstreut sind. Wenn dementsprechend
alle Flip-Flop-Zellen in einer Zellenzeile angeordnet sind, ist
dies nützlich, um den Taktsignal-Versatz zu verringern. Falls
jedoch die Flip-Flop-Zellen herkömmlichen Typs sind, treten die
folgenden Schwierigkeiten auf.
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Fig. 4 zeigt ein abstraktes Layout eines IC-Abschnitts,
aufgebaut aus herkömmlichen Zellen, in denen eine Zellenzeile
umfassend ausschließlich Flip-Flop-Zellen 3, und andere Zellzeilen
umfassend Zellen 4, die nicht Flip-Flop-Zellen sind, gezeigt
sind. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, entstehen Toträume 5
durch die Unterschiede der Querlängen der Flip-Flop-Zellenreihen
und der anderen Zellenreihen. Dementsprechend kann die Fläche
des Schaltkreismusters, aufgebaut mit den herkömmlichen Zellen,
durch automatische Plazierung und Leitungsführung größer als
notwendig werden.
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Darüber hinaus hat die herkömmliche Standardzelle nur zwei
Energiequellenleitungen 1, 1, somit ist es unmöglich, die Zellen
invers zwischen den Leitungen hohen Potentials (VDD) und
denjenigen niedrigen Potentials (VSS) in einer Zellenzeile zu
schalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige
Standardzelle in einer hochintegrierten Zelle wie einer Flip-
Flop (bistabilen) Standardzelle zu schaffen, deren Querlänge so
bemessen werden kann, daß sie nicht größer als nötig ist,
wodurch eine Fläche der Zelle und eine Gesamtfläche des
Schaltkreismusters, aufgebaut mit den Zellen durch automatische
Plazierung und Leitungsführung, verringert werden kann.
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Um die obige Aufgabe zu lösen, wird eine Standardzelle nach der
vorliegenden Erfindung zur automatischen Platzierung und
Leitungsführung mit mindestens drei Energiequellenleitungen
geschaffen, wie in Anspruch 1 dargelegt. Daher können die
Schaltkreiselemente wie Transistoren und Dioden zum Aufbau eines
logischen Schaltkreises in mindestens zwei Gebieten angeordnet
werden, die jeweils zwischen benachbarten Leitungspaaren
definiert sind. Beim Vergleich der Querlängen der Standardzellen
nach der vorliegenden Erfindung und derjenigen nach dem Stand
der Technik, die benötigt werden, um dieselbe Zahl von Elementen
darin anzuordnen, kann dementsprechend die Länge der ersteren
auf im wesentlichen die Hälfte oder weniger, verglichen mit der
zweitletzteren verringert werden, weil die Elemente bei der
ersteren in mindestens zwei Bereichen angeordnet werden können.
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Wie oben ersichtlich, kann nach der vorliegenden Erfindung die
Verzögerung, bedingt durch Steigerung des Drahtwiderstands und
der Kapazität aufgrund der Vergrößerung der Querlänge der Zelle,
gesteuert werden.
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Da mindestens drei Energiequellenleitungen vorgesehen sind,
können darüber hinaus die elektrischen Potentiale der
entsprechenden Leitungen symmetrisch zur Querrichtung der Zelle angeordnet
werden, daher wird es möglich, wahlweise die Vertikalrichtung
der Zelle in einer Zellenzeile zu ändern.
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Dabei steigt die Vertikallänge der Zelle, wenn die Zahl der
Energiequellenleitungen zunimmt.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden
Erfindung werden offensichtlicher aus der folgenden Beschreibung
von vorgezogenen Ausführungsformen, vorgenommen in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Ansichtserklärung des Aufbaus einer Zelle mit
Energiequellenleitungen vom Doppelleitungstyp nach dem Stand der
Technik;
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Fig. 2 zeigt einen Schaltkreis, vom dem durch
Verzögerungsfaktoren eine Taktsignal-Versatz erzeugt wird;
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Fig. 3 zeigt Taktsignal-Wellenformen zur Erklärung der im
Schaltkreis von Fig. 2 erzeugten Taktsignal-Versatz;
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Fig 4. zeigt ein abstraktes Layout eines Teils eines
integrierten Schaltkreises, zusammengesetzt durch Kombination von
Zellreihen, die jeweils Flip-Flop-Zellen und andere Zellen nach
dem Stand der Technik umfassen;
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Fig. 5 ist eine Ansicht zur Erklärung eines Grundaufbaus einer
Ausführungsform einer Standardzelle nach der vorliegenden
Erfindung;
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Fig 6. ist eine Ansicht zur Erklärung eines Aufbaus einer
Ausführungsform, in der eine Standardzelle durch Kombination von
Zellzeilen zusammengesetzt ist, die jeweils Flip-Flop-Zellen mit
Energieversorgungsleitungen vom Dreileitungstyp nach der
vorliegenden Erfindung sowie andere Zellen mit
Energieversorgungsleitungen vom Dreileitungstyp umfassen;
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Fig 7 ist eine Ansicht zur Erklärung eines Aufbaus einer
Ausführungsform einer Verbindungszelle zur Verbindung einer
Zelle mit Energieversorgungsleitungen vom Dreileitungstyp nach
der vorliegenden Erfindung und einer Zelle mit
Energieversorgungsleitungen von Zweileitungstyp;
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Fig 8 ist eine Ansicht zur Erklärung eines Aufbaus einer
Ausführungsform einer Verbindung nach der vorliegenden Erfindung
unter Verwendung der Verbindungszelle in Fig. 7;
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Fig. 9 zeigt ein nicht wünschenswertes Beispiel der Verbindung
von zwei Zellenarten, die sich in der Anzahl von
Energieversorgungsleitungen unterscheiden, wobei die Verbindungszelle von
Fig. 7 verwendet wird;
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Fig. 10 zeigt ein vorgezogenes Beispiel der Verbindung von zwei
Zellentypen, die sich in der Anzahl ihrer
Energieversorgungsleitungen unterscheiden, wobei die Verbindungszelle von Fig. 7
verwendet wird;
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Fig. 11 zeigt eine Zelle mit einem Eingabe- und Ausgabeanschluß,
welche in Vertikalrichtung voneinander entfernt sind;
Fig. 12 zeigt ein Beispiel einer Verbindung der Zellen in Fig.
11 nach dem Stand der Technik; und
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Fig. 13 zeigt ein Beispiel der Verbindung von Zellen in Fig. 11
nach der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Fig. 5 zeigt einen Grundaufbau einer Standardzelle nach der
vorliegenden Erfindung.
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Wie in der Zeichnung gezeigt, ist die Standardzelle zur
automatischen Platzierung und Leitungsführung nach der vorliegenden
Erfindung mit mindestens drei Enrgieversorgungsleitungen 10
ausgestattet. Dabei ist die mittlere der Energiequellenleitungen 10
eine Energiequellenleitung niedrigen Potentials, und die äußeren
beiden Energiequellenleitungen sind Energiequellenleitungen
hohen Potentials. Dementsprechend können mindestens zwei Bereiche
11 erhalten werden, wobei 11 zwischen benachbarten
Leitungspaaren zur Anordnung von Schaltkreiselementen wie
Transistoren und Dioden zum Aufbau eines logischen Schaltkreises
definiert ist. Wenn somit die zur Anordung derselben Anzahl von
Elementen nötigen Querlängen von Standardzellen nach der
vorliegenden Erfindung und solchen nach dem Stand der Technik, wie in
Fig. 1, verglichen werden, können die Längen der ersteren auf im
wesentlichen die Hälfte oder weniger der Querlängen der
letzteren verringert werden, da die Elemente bei der ersteren in
mindestens zwei Bereichen angeordnet werden können.
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Dagegen steigt die Vertikallänge der Zelle, wenn die Anzahl der
Energiequellenleitungen steigt. Wenn jedoch die Anzahl der
Energiequellenleitungen gleich drei wird, wird die vertikale
Länge der Zelle nur um das eineinhalbfache derjenigen der Zelle
nach dem Stand der Technik mit zwei Energiequellenleitungen
erhöht.
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Da mindestens drei Energiequellenleitungen 10 vorgesehen sind,
können die elektrischen Potentiale der entsprechenden Leitungen
symmetrisch in Vertikalrichtung der Zelle angeordnet werden,
somit wird es möglich, wahlweise die Vertikalrichtung der Zelle in
einer Zellenzeile zu ändern.
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Dagegen steigt die Vertikallänge der Zelle, wenn die Anzahl der
Energieversorgungsleitungen zunimmt.
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Fig. 6 zeigt ein abstraktes Layout eines Teils eines
integrierten Schaltkreises einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind
eine Vielzahl von Flip-Flop-Zellen 7 zusammen in einer Zeile 12
angeordnet, und andere Zellen sind in anderen Zeilen 13, 13
angeordnet. Die Bezugszahl 14 bezeichnet entsprechende
Leitungsbereiche. Da, wie in der Abbildung gezeigt, drei
Energiequellenleitungen in der Flip-Flop-Zelle 7 vorgesehen
sind, kann, falls Schaltkreiselemente zum Bilden eines logischen
Schaltkreises darin geeignet angeordnet sind, jeweils die
Querlänge der Zellen 7 wahlweise auf eine gewünschte Länge
verringert werden.
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Dementsprechend kann die Länge der Zeile 12, umfassend die Flip-
Flop-Zellen einer Ausführungsform nach der vorliegenden
Erfindung, gezeigt in Fig. 6, auf im wesentlichen den gleichen
Wert wie derjenigen der Zeilen 13, 13 festgesetzt werden, so daß
der Totraum 5 weggelassen werden kann, der beim Aufbau der
Standardzelle entsteht, umfassend eine Kombination einer
herkömmlichen Flip-Flop-Zelle und anderer Zellen, wie in Fig. 4
gezeigt.
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Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform einer Verbindungszelle
13 nach der vorliegenden Erfindung zur Verbindung von zwei Arten
von Zellen mit einer voneinander unterschiedlichen Anzahl von
Energiequellenleitungen, insbesondere zeigen die Abbildungen den
Fall, in dem Zellen mit drei Energiequellenleitungen und andere
Zellen mit zwei Energiequellenleitungen miteinander verbunden
sind, wobei die Leitungen aus Aluminium bestehen. In den
Abbildungen sind außerdem Durchgänge H und ein
Verbindungsstreifen 16 gezeigt. Wenn die beiden Zellenarten
beliebig verbunden sind, wie in Fig. 9 gezeigt, sollte eine
Vielzahl von Verbindungszellen 13 benötigt werden, und die
Gesamt-Querlänge der verbundenen Zellen steigt um die Längen,
die der Anzahl der verwendeten Verbindungszellen entsprechen.
Wenn zusätzlich die Zellen mit zwei Energiequellenleitungen
zwischen den Zellen mit drei Energiequellenleitungen angeordnet
sind, wird die Leitungsführung im Bereich extrem schwierig. Wenn
hingegen, wie in Fig. 10 gezeigt, die Zellen mit derselben
Anzahl von Leitungen jeweils zusammengefaßt sind, können diese
beiden Arten von zusammengefaßten Zellen mit nur einer
Verbindungszelle 13 verbunden werden.
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Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 11 und Fig. 12 ein Fall
beschrieben, in dem Verbindungsleitungen mit einem Eingabe- und
einem Ausgabeanschluß in der Vertikalrichtung der Zelle
voneinander entfernt angeordnet sind. In der Abbildung ist die
Zellrichtung durch einen Pfeil gekennzeichnet. Da die Richtung
der herkömmlichen Zelle mit Energiequellenleitungen vom
Zweileitungstyp nicht vertikal in einer Zellenzeile geändert werden
kann, sollten die Zellen so angeordnet werden, daß ihre
Richtungen gleich sind. Dementsprechend sollte jede Leitung 19 zur
Verbindung jedes Paares von Eingabeanschlüssen 17 und
Ausgabeanschlüssen 18 jedes benachbarten Zellenpaares relativ lang
sein.
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Nach der vorliegenden Erfindung dagegen können die elektrischen
Potentiale entsprechend der Energiequellenleitungen wahlweise
vertikal symmetrisch angeordnet werden. Wie in Fig. 13 gezeigt,
können daher die Richtungen der Zellen so angeordnet werden, daß
jedes Paar von Eingabeanschlüssen 17 und Ausgabeanschlüssen 18
benachbart zueinander verbunden werden und dadurch die Leitung
19 verkürzt werden kann. Dieses Verfahren ist auf andere Fälle
anwendbar, in denen verschiedene Zellenarten verbunden werden.
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Wie aus der obigen Erklärung einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ersichtlich, kann der Bereich zur Anordnung von
Schaltkreiselementen in der Vertikalrichtung durch Steigerung
der Anzahl von Energiequellenleitungen in einer Standardzelle
nach der vorliegenden Erfindung erhöht werden, somit können die
Elemente flexibel in der Zelle angeordnet werden, so daß die
Querlänge der Zelle verringert werden kann, verglichen mit
herkömmlichen Zellen, wobei jeweils dieselbe Anzahl von Elementen
angeordnet wird. Da die elektrischen Potentiale entsprechend der
Energiequellenleitungen vertikal symmetrisch in der Zelle nach
der vorliegenden Erfindung angeordnet werden können, kann die
Zellenrichtung vertikal in einer Zellenzeile geändert werden.
Dementsprechend können Leitungen zum Verbinden von Zellen mit
jeweils einem Eingabe- und Ausgabeanschluß, die vertikal
voneinander entfernt angeordnet sind, verkürzt werden. Darüber hinaus
kann die Gesamtfläche eines Schaltkreismusters, gebildet durch
automatische Anordnung und Leitungsführung ebenfalls verringert
werden.
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Verschiedene Änderungen werden möglich für Fachleute der Technik
durch die Lehre der Offenlegung der vorliegenden Erfindung, ohne
deren Bereich zu verlassen.