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発明の名称 クロストークノイズ軽減方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−5388(P2007−5388A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−180877(P2005−180877)
出願日 平成17年6月21日(2005.6.21)
代理人 【識別番号】100115107
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 猛
発明者 田原 裕之 / 福山 紘一
要約 課題
配線経路の確保が困難であり配線層のみでの修正が要求される場合においてもクロストークノイズを改善する。

解決手段
スタンダードセル領域に電源配線間容量セルがあらかじめ分散配置された半導体集積回路において、配置配線後に配線遅延解析(S4)およびスタティックタイミング解析(S5)を行って信号遷移が同時に起こる第1のネット組を抽出し、前記第1のネット組に対してクロストーク解析(S6)を実施して遅延変動が所定の遅延変動許容値を超えている第2のネット組を抽出し(S7)、前記第2のネット組においてクロストークノイズを与える側の配線のスルーレートを緩めるために必要な対策容量値を見積もり(S8、S9)、この配線における容量の合計値が前記対策容量値に達するまで電源配線間容量セルを電源から切り離してこの配線に接続する(S10、S11)。
特許請求の範囲
【請求項1】
スタンダードセル領域に電源配線間容量セルがあらかじめ分散配置された半導体集積回路において、配置配線後に配線遅延解析およびスタティックタイミング解析を行って信号遷移が同時に起こる第1のネット組を抽出し、前記第1のネット組に対してクロストーク解析を実施して遅延変動が所定の遅延変動許容値を超えている第2のネット組を抽出し、前記第2のネット組においてクロストークノイズを与える側の配線のスルーレート(信号の遷移速度)を緩めるために必要なクロストークノイズ対策容量値を見積もり、前記クロストークノイズを与える側の配線における容量の合計値が前記クロストークノイズ対策容量値に達するまで前記電源配線間容量セルを電源から切り離して前記クロストークノイズを与える側の配線に接続するクロストークノイズ軽減方法。
【請求項2】
前記電源配線間容量セルは前記スタンダードセル領域に均等に分散配置され、配置配線後の前記スタンダードセル領域の空き領域に前記電源配線間容量セルを追加配置する請求項1記載のクロストークノイズ軽減方法。
【請求項3】
電源から切り離して前記クロストークノイズを与える側の配線に接続する前記電源配線間容量セルとして、前記クロストークノイズを与える側の配線上に存在する前記電源配線間容量セルを優先して選択し、前記クロストークノイズを与える側の配線に近接する順に前記電源配線間容量セルを選択する請求項1記載のクロストークノイズ軽減方法。
【請求項4】
前記第2のネット組においてクロストークノイズを受ける側の配線の遅延変動が前記所定の遅延変動許容値に達するときの、前記クロストークノイズを与える側の配線のスルーレートと、前記クロストークノイズを受ける側の配線のスルーレートと、前記第2のネット組の配線間容量との関係を示すデータを用いて前記クロストークノイズを与える側の配線のスルーレートの許容値を決定し、前記クロストークノイズを与える側の配線のスルーレートと、前記クロストークノイズを与える側の配線における容量の合計値と、駆動素子能力との関係を示すデータを用いて前記クロストークノイズ対策容量値を見積もる請求項1記載のクロストークノイズ軽減方法。
【請求項5】
前記電源配線間容量セルは並列接続されたN型MOSトランジスタとP型MOSトランジスタのゲート酸化膜で形成された請求項1記載のクロストークノイズ軽減方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体集積回路におけるクロストークノイズを軽減するための設計方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、LSI加工の微細化に伴い、古典的な課題である隣接配線のクロストークノイズの対策が一段と難しくなっている。クロストークノイズは隣接する配線の一方の信号変化が配線間容量を介して他方の信号に影響を及ぼすもので、平行配線長が長く配線間容量が大きい場合や一方の信号変化が急激な場合に発生しやすくなる。そのため、クロストークノイズを削減するには、隣接配線の配線間容量を小さくするか、あるいはノイズを与える側の信号変化を緩くする必要がある。
【0003】
図11、図12、図13は配線間容量を削減するための従来技術を示している。図11では、クロストークノイズを与える側の駆動素子121からの配線201と、クロストークノイズを受ける側の駆動素子122からの配線202が隣接しているため、配線202を配線203に引きなおし、配線間距離を大きくすることで配線間容量を削減している。図12では、配線201と配線202が隣接しているため、配線202を上位配線層205から下位配線層206に移し、配線204として引きなおすことにより配線間容量を削減している(例えば、特許文献1参照)。図13では、隣接する配線201と配線202の間にシールド配線207を引くことにより配線間容量を削減している。また、クロストークノイズを与える側の信号変化を緩くするための従来技術として、クロストークノイズを与える側の駆動素子能力を小さくして信号変化を弱めることで他方の配線の信号に与えるクロストークノイズを削減する方法がある。
【特許文献1】特開平10−308451号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来のクロストークノイズを削減する方法は以下のような問題がある。まず、隣接配線の配線間容量を小さくする方法は、隣接配線間距離を大きくする、あるいは別配線層に配線を移す、あるいはシールド配線を実施するなど、隣接するどちらかの配線経路を変更する必要がある。そのため、クロストークノイズ発生箇所の周辺の配線が混雑している場合は、配線経路を変更するための配線領域を十分確保することができず、クロストークノイズの改善が困難になるという問題が発生する。実際に、クロストークノイズの発生する配線は平行配線長が長い場合が多く、クロストークノイズの改善のために配線変更用の配線領域が全て確保される可能性は低い場合が多い。
【0005】
また、クロストークノイズを与える側の駆動素子能力を小さくして信号変化を緩くする方法は、隣接配線の経路を変更する必要が殆ど無いため、周辺の配線が混雑している場合でも改善が可能である。しかし、駆動素子能力の変更に伴い駆動素子の基板部分のレイアウト形状も変更される場合が多く、基板部分の形状を固定したまま配線層のみでレイアウト修正を行うことが要求される場合は、この方法によるクロストークノイズの改善は不可能になる。
【0006】
本発明は、クロストークノイズ改善のための配線経路の確保が困難であり、配線層のみでの修正が要求される場合においても、クロストークノイズを改善することができるクロストークノイズ軽減方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、スタンダードセル領域に電源配線間容量セルがあらかじめ分散配置された半導体集積回路において、配置配線後に配線遅延解析およびスタティックタイミング解析を行って信号遷移が同時に起こる第1のネット組を抽出し、前記第1のネット組に対してクロストーク解析を実施して遅延変動が所定の遅延変動許容値を超えている第2のネット組を抽出し、前記第2のネット組においてクロストークノイズを与える側の配線のスルーレート(信号の遷移速度)を緩めるために必要なクロストークノイズ対策容量値を見積もり、クロストークノイズを与える側の配線における容量の合計値が前記クロストークノイズ対策容量値に達するまで電源配線間容量セルを電源から切り離してクロストークノイズを与える側の配線に接続するものである。
【0008】
上記構成によれば、クロストーク解析により抽出された対策が必要なネット組に対してクロストークノイズ対策容量値が見積もられ、その見積値に達するまで電源配線間容量セルが電源から切り離されてクロストークノイズを与える側の配線に接続され、配線の付加容量が増大することで急激な信号変化が緩みクロストークノイズが低減される。その際に、配置配線終了後に電源配線間容量セルに対する接続を行うのみであるため、基板部分のセル形状を変更することなく配線層のみでの修正が可能になる。これにより、配線混雑により配線領域の確保が困難な場合にも容易に修正を実施することができるようになる。
【0009】
本発明において、前記電源配線間容量セルは前記スタンダードセル領域に均等に分散配置され、配置配線後の前記スタンダードセル領域の空き領域に前記電源配線間容量セルを追加配置するものである。
【0010】
上記構成によれば、スタンダードセルの自動配線機能に影響を与えない程度の割合で電源配線間容量セルをあらかじめ均等に分散配置し、通常の配置配線の終了後にスタンダードセル領域の空き領域に可能な限り電源配線間容量セルが配置するため、電源配線間容量セルがスタンダードセル領域に満遍なく配置されることになり、本発明のクロストークノイズ軽減方法の実施が容易になる。
【0011】
本発明において、電源から切り離してクロストークノイズを与える側の配線に接続する電源配線間容量セルとして、クロストークノイズを与える側の配線上に存在する電源配線間容量セルを優先して選択し、クロストークノイズを与える側の配線に近接する順に電源配線間容量セルを選択するものである。
【0012】
上記構成によれば、クロストークノイズを与える側の配線における容量の合計値が前記クロストークノイズ対策容量値に達するまで、電源配線間容量セルを電源から切り離してクロストークノイズを与える側の配線に接続する処理が最短の配線追加で実施できる。
【0013】
本発明において、前記第2のネット組においてクロストークノイズを受ける側の配線の遅延変動が前記所定の遅延変動許容値に達するときの、前記クロストークノイズを与える側の配線のスルーレートと、前記クロストークノイズを受ける側の配線のスルーレートと、前記第2のネット組の配線間容量との関係を示すデータを用いて前記クロストークノイズを与える側の配線のスルーレートの許容値を決定し、前記クロストークノイズを与える側の配線のスルーレートと、前記クロストークノイズを与える側の配線における容量の合計値と、駆動素子能力との関係を示すデータを用いて前記クロストークノイズ対策容量値を見積もるものである。
【0014】
上記構成によれば、クロストークノイズを与える側の配線のスルーレートと、前記クロストークノイズを受ける側の配線のスルーレートと、前記第2のネット組の配線間容量との関係を示すデータと、クロストークノイズを与える側の配線のスルーレートと、前記クロストークノイズを与える側の配線における容量の合計値と、駆動素子能力との関係を示すデータとを、例えば1変数をパラメータとする2変数の関係を示すチャートなどの形式であらかじめ用意することにより、クロストークノイズを与える側の配線におけるクロストークノイズ対策容量値の見積もりを容易に行うことができる。
【0015】
本発明において、前記電源配線間容量セルは並列接続されたN型MOSトランジスタとP型MOSトランジスタのゲート酸化膜で形成されたものである。
【0016】
上記構成によれば、スタンダードセル領域の信号レベルの範囲においてほぼ一定の容量値となる良好な特性の電源配線間容量セルが得られるため、クロストークノイズの低減を効率よく行うことが可能になる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、クロストーク解析により抽出された対策が必要なネット組に対して、必要な容量値に達するまで電源配線間容量セルが電源から切り離されてクロストークノイズを与える側の配線に接続されることで、配線の付加容量が増大して急激な信号変化が緩みクロストークノイズが低減される。その際に、配置配線終了後に電源配線間容量セルに対する接続を行うのみであるため、基板部分のセル形状を変更することなく配線層のみでの修正が可能となることで、配線混雑により配線領域の確保が困難な場合にも容易にクロストークノイズ低減対策を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
図1は本発明の一実施の形態に係るクロストークノイズ軽減方法の実施手順を示すフロー図である。図1において、ステップS1では配置配線前に電源配線間容量セルがスタンダードセル領域に均等に分散されるように配置する。これにより、クロストークノイズがどこで発生しても、近傍にノイズ改善用の電源配線間容量セルが配置されることになる。電源配線間容量セル均等配置後は、ステップS2で通常の配置配線を実施する。配置配線後、ステップS3でスタンダードセルが配置されなかった領域に再度電源配線間容量セルを配置する。その後、ステップS4において配線遅延解析を行う。
【0019】
配線遅延解析結果より抽出した各配線遅延値の計算結果から、ステップS5でスタティックタイミング解析手段により、隣接し、かつその間にカップリング容量が存在するネット組に対して信号遷移が同時に生ずるネットを抽出し、ステップS6で信号遷移が同時に生ずるネットに対してクロストーク解析を実施する。ステップS7ではクロストーク解析結果で遅延変動が許容値を超えているかを判定し、超えている場合は、ステップS8においてクロストークノイズを与える側の配線に対してクロストークノイズを回避するためのスルーレート(slew rate:信号の遷移速度)を見積もり、ステップS9でそのスルーレートを実現するために配線に付加することが必要な容量を見積もる。この容量見積もり後、ステップS10で、電源配線間容量セルの容量の合計がクロストークノイズ回避に必要な容量に達するまで、クロストークノイズを与える側のネットに近い順に電源配線間容量セルを検索する。検索した電源配線間容量セルに対して、ステップS11の電源配線間容量接続の自動処理で、電源配線間容量セルのVDD側の接続を切り離し、クロストークノイズを与える側の配線に接続しなおす。ステップS8からステップS11までのクロストークノイズ改善を実施した後、再度ステップS4の配線遅延解析に戻り、クロストークノイズが改善されたことを確認する。
【0020】
図2はステップS1における電源配線間容量セルの初期配置方法を示す図である。このように、配置配線前に電源配線間容量セル101がスタンダードセル領域102に均等に分散配置されるようにする。これにより、クロストークノイズがどこで発生しても、近傍の電源配線間容量セルを用いてクロストークノイズ改善を行うことが可能になる。
【0021】
図3はステップS3の処理後の最終的な電源配線間容量セル配置状態を示す図であり、配置配線後にスタンダードセル領域102の空き領域に電源配線間容量セル103が挿入された様子を示している。
【0022】
図4はステップS8におけるクロストークノイズ回避のためのスルーレート算出に用いるチャートである。図4において、特性401は、配線間容量がある値A1である場合に、クロストークを受ける側の遅延変動が遅延変動基準値を超えるときのクロストークを受ける側のスルーレートとクロストークを与える側のスルーレートの関係を示している。他の配線間容量A2、A3、A4に対しても、特性402、403、404により同様の関係が示される。この関係はクロストーク解析で算出される配線間容量と配線遅延解析で算出されるスルーレートの値から統計をとって算出する。クロストークノイズが発生した場合は、この関係チャートにより改善に必要なスルーレートを見積もる。
【0023】
図5はステップS9におけるクロストークノイズ回避のための容量算出に用いるチャートである。図5において、特性411はある駆動能力B1に対する配線容量とスルーレートの関係を示している。他の駆動能力B2、B3、B4に対しても、特性412、413、414により同様の関係が示される。この関係は駆動能力毎に配線遅延解析で算出されるスルーレートと配線容量の統計から算出する。この関係チャートからクロストークノイズ改善に必要な容量値を見積もる。
【0024】
図6はステップS10におけるクロストークノイズを与える側の配線201に接続する電源配線間容量セルの検索方法を示す図である。図6において、まず、クロストークノイズが発生した配線201上に存在する電源配線間容量セル111〜112を検索する。これらの電源配線間容量セルだけでクロストークノイズの改善が可能ならば検索を終了するが、容量が足りない場合は、配線201に最も近接する電源配線間容量セル113から、配線201に近い順に電源配線間容量セル114、115、116と検索を進め、合計容量がクロストークノイズ改善に必要な容量に達するまで検索を続ける。検索が完了した後は、検索した電源配線間容量セルを配線201に接続する。
【0025】
図7はステップS11におけるクロストークノイズを与える側の配線201への電源配線間容量セル131の接続方法を示す図である。まず、電源配線間容量セル131のVDD側の配線211をVDDから切り離し、修正配線212により配線201に接続しなおす。
【0026】
図8は本発明によるクロストークノイズ改善例を示す図である。クロストークノイズ発生時はクロストークノイズを与える配線の波形301の急激な信号変化により、受ける側の波形302の立ち上がりが遅くなっている。クロストークノイズを与える配線に対し電源配線間容量セルを接続することにより、クロストークノイズを与える配線の信号波形301が緩くなり波形303に変化する。これによりクロストークノイズを受ける側の配線へのクロストークノイズが軽減され、信号302の立ち上がりが早くなり波形304に変化している。
【0027】
図9はクロストーク対策に用いる電源配線間容量セルの構造を示す図である。電源配線間容量セルはN型のMOSトランジスタ501とP型のMOSトランジスタ502のゲート酸化膜で形成され、双方のトランジスタが並列になるように組み合わせる。
【0028】
図10は電源配線間容量セルのCV特性を示す図である。N型のMOSトランジスタのCV特性511とN型のMOSトランジスタのCV特性512を合せたときの特性513が、信号のLレベル514からHレベル515まで常に一定になるようにする。
【産業上の利用可能性】
【0029】
本発明のクロストークノイズ軽減方法は、クロストークノイズ低減の際に、配置配線終了後に電源配線間容量セルに対する接続を行うのみであるため、基板部分のセル形状を変更することなく配線層のみでの修正が可能となることで、配線混雑により配線領域の確保が困難な場合にも容易にクロストークノイズ低減対策を実施することができるという効果を有し、半導体集積回路におけるクロストークノイズを軽減するための設計方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の一実施の形態に係るクロストークノイズ軽減方法を示すフロー図。
【図2】電源配線間容量セルの初期配置を示す図。
【図3】電源配線間容量セルの空き領域への配置を示す図。
【図4】クロストークノイズ回避のためのスルーレート算出に用いるチャート。
【図5】クロストークノイズ回避のための容量算出に用いるチャート。
【図6】信号配線に接続する電源配線間容量セルの検索方法を示す図。
【図7】信号配線への電源配線間容量セルの接続方法を示す図。
【図8】クロストークノイズ改善例を示す図。
【図9】電源配線間容量セルの構造を示す図。
【図10】電源配線間容量セルのCV特性を示す図。
【図11】配線距離変更により配線間容量を削減する従来技術を示す図。
【図12】配線層変更により配線間容量を削減する従来技術を示す図。
【図13】シールド配線により配線間容量を削減する従来技術を示す図。
【符号の説明】
【0031】
S1 電源配線間容量セル均等配置
S2 配置配線
S3 電源配線間容量セル空き領域配置
S4 配線遅延解析
S5 同時信号遷移ネット抽出
S6 クロストーク解析
S7 遅延変動基準値との比較
S8 クロストークノイズ回避スルーレート算出
S9 クロストークノイズ回避容量算出
S10 電源配線間容量セル検索
S11 電源配線間容量セル接続
101、103、111〜119、131 電源配線間容量セル
102 スタンダードセル領域
121 クロストークノイズを与える側の駆動素子
122 クロストークノイズを受ける側の駆動素子
201 クロストークノイズを与える側の配線
202 クロストークノイズを受ける側の配線
203、204 クロストークノイズ改善後の配線
205 上位配線層
206 下位配線層
207 シールド配線
211 電源配線間容量セルのVDD側配線
212 電源配線間容量セルの修正配線
301 クロストークノイズを与える配線の信号波形
302 クロストークノイズを受ける配線の信号波形
303 クロストークノイズを与える配線の改善後信号波形
304 クロストークノイズを受ける配線の改善後信号波形
401〜404 配線間容量をパラメータとするスルーレート特性の関係
411〜414 駆動能力をパラメータとするスルーレート対容量特性
501 N型MOSトランジスタ
502 P型MOSトランジスタ
511 N型MOSトランジスタのCV特性
512 P型MOSトランジスタのCV特性
513 MOSトランジスタ容量のCV特性
514 信号Lレベル
515 信号Hレベル




 

 


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