探讨一下std-cell在LVS的特殊处理

对于物理验证中的LVS，需要对各种物理器件进行SpiceVsGDS的比对，基于现在流行的std-cell的库的设计方法，LVS需要对CMOS器件多相应的处理，这里会涉及到一些具体的物理库的知识和小的技巧，这里结合具体的物理设计和CDL形态，一起探讨一下std-cell的在LVS的特殊处理，ICer GO！

标准单元库一瞥

常规的标准单元库（std-cell）是标准的CMOS设计，由于采用P衬底的设计出来的CMOS器件的速度优势，目前业界流行的做法就是采用P型衬底（P substrate）来实现的

NMOS 直接坐在P-sub上

PMOS 则做在P-sub上的NWELL

譬如下面的一个简单的工艺刨面图



以上边的NMOS为例，通常有更为常见的是下面的一个示意图

比较上述两个图，可以看到，每一个NMOS都会有一个bulk（体）的连接（有些场合也被称作body）

在NMOS里边，这个bulk的作用就是将当前NMOS的P-sub做一个连接，通常P-sub是连接到VSS上的。

如果芯片里边有非常多的std-cell连续分布（这个也是常规做法），那么在版图里边就会有类似下列的一个刨面图：



由于所有的NMOS都是做在一片完整的P-sub上，自然NMOS的BULK需要连接到同样的电位VSS上，这里就是模拟设计里边常说的TAP 结构了。

可以看到，这个TAP结构完全是一个通用结构，为了节省std-cell的面积，目前业界比较流行的做法就是设计tapless（免TAP）的std-cell，然后使用公用的TAP cell将bulk连接到VSS上，这样对于节省std-cell的面积很有好处，但是考虑到TAP的电位对于std-cell的bulk的影响，工艺会给出具体的TAP的间距（目前流行的做法是checkerBoard/stagger的做法），APR工具为也提供了具体的命令和参数，支持std-cell的这种设计结构。
通过学习std-cell的形态，可以明确下列要点

**- std-cell都是tapless的结构

bulk需要使用TAP cell 分别将同列的std-cell的P-sub和NWELL分别连接到VSS和VDD上**

LVS的挑战

由于bulk在std-cell上PG和信号连接上是没有明显贡献的，对于使用none-bias的流程的std-cell，通常是无法在std-cell看到这个bulk的管脚的，譬如下面LEF的示例：

 

可以看到，这里有PG管脚的声明，但是没有声明bulk的管脚。

但是对于LVS而言，CMOS是一个四端器件，在验证栅源漏的同时，也需要完成对bulk的连接验证，这个也是符合APR的TAP的布局连接的。所以，这里需要打开CDL来一看究竟，见下图

可以看到，相较LEF而言，最后做LVS的CDL里边，会有bulk的连接描述。对于none-bias的std-cell而言，bulk的物理连接可以简单的连接到PG上，基本如下图

通常的LVS里边的source netlist是来自于APR工具，APR对于PG netlist的抽取，又是依赖于UPF和LEF的，所以综上，用户会遇到一种情形，LVS PG netlist对std-cell的描述会和最终的std-cell CDL出现分歧：source nelist的std-cell会缺失bulk连接声明，


很明显，同样的cell在LVS的source netlist缺失了bulk的连接，这样的LVS的比对，会发生大面积的std-cell port mismatch error，是无法进行的

v2lvs的高阶用法

但是这个问题看起来有一些奇怪，既然LEF里边没有声明bulk，同时在none-bias的flow下，bulk也无法被引用，这样的LVS是不是就走到死胡同了吗？当然不是，这里还是要回归问题本真。

std-cell的bulk仅仅是需要一个连接声明，具体说来就是两类

P-sub的bulk连接到VSS上

NWell的bulk连接到VDD上

这个需要在LVS的source netlist处理一下就好（当然APR是没有这个魔法的）。

LVS的source netlist 通常是从APR的PG netlist得到的，但是由于LVS是基于spiec比对的，所以一个简单示意如下：

通常而言v2lvs就是简单的把verilog 转换成spice格式，但是bulk的处理需要一些高级的用法，尤其是当设计中使用了多个power domain的时候，譬如下面这个示例：

所以，对于处于不同层次/block的std-cell的PG连接就会不太一样，类似的bulk连接也会不一样，具体描述如下表

block	PD	power	ground	NWell	P-sub
block1	PD1	VDD1	VSS	VDD1	VSS
block2	PD2	VDD2	VSS	VDD2	VSS

这种情形需要使用v2lvs的tcl模式进行细化处理，才能很好的将处于不同block的std-cell的 bulk连接处理完美

上述命令可以在基于当前std-cell 的PG连接关系，衍生出对应的bulk的连接，会变成下面的情形

这样处理以后，LVS的std-cell的port mismatch也就完美解决了。

审核编辑：刘清