[发明专利]一种适用于近阈值和亚阈值的低漏电标准单元的设计方法

说明书

适用于近阈值和亚阈值的低漏电标准单元的设计方法，属于数字集成电路技术领域。选取预定尺寸的标准器件搭建反相器并计算标准器件的N/P漏电比；搭建标准单元电路并将标准单元电路的漏电流和延时从其来源进行划分，计算得到标准单元电路的N/P漏电系数比和N/P延时系数比，从而得出标准单元电路漏电能耗最小的最优N/P漏电比；再根据标准器件的N/P漏电比和标准单元电路的最优N/P漏电比计算调节系数，根据调节系数进行尺寸设计，得到漏电能耗最小时构成标准单元电路的NMOS管和PMOS管的最优尺寸。根据本发明提出的方法所设计的标准单元具有低漏电的特点，基于此可以实现低功耗数字电路的设计。

技术领域

本发明涉及数字集成电路技术领域，特别涉及一种适用于近阈值和亚阈值的低漏电标准单元的设计方法。

背景技术

数字集成电路半定制设计分为基于标准单元库和基于门阵列两种，以标准单元为基础进行数字集成电路设计，是指通过重复利用数字标准单元库中的标准单元来实现所需要的电路设计，标准单元库包含电路设计中所需的基本逻辑单元及一些功能单元，如基本门电路、多路开关、触发器、全加器、编码器等。标准单元库是通过全定制设计方法按照最佳设计的原则设计实现，在具体电路设计之前就已经设计完备，大大降低了电路设计的成本与周期。但其缺点就是会受到单元库本身的约束，在进行具体电路设计时，减少了仔细调整设计的可能性，一个好的单元库则可以将这一劣势降低到最小，因此数字标准单元库的设计至关重要。

传统标准单元库的建立原则是，希望选择尽可能丰富的单元类型，使得电路综合工具在综合过程中有更多的选择，实现以最小的代价满足速度、功耗和面积等各种约束条件，而且是在特定电压下完成的库单元的设计。在具体应用的电路设计中，我们需要通过降低电压实现降低功耗的目的，直接利用标准电压下的单元库进行特征化生成的低压库，可以实现功能，但是其并不符合该电压下的最优设计准则。

随着电压的下降，漏电能耗在数字电路总能耗的比重逐渐增大，尤其是在亚阈值电压下，漏电能耗甚至占据主导。忽略漏源电压V_DS和衬底偏置电压V_BS对电流的影响，MOS器件的亚阈值电流及门延时的经典模型如下式所示：

上式中的n代表MOS器件的亚阈斜率因子，热电压ν_t＝kT/q是与温度T相关的变量，其中k为玻尔兹曼常数，q为电子电荷。K为拟合参数，C_g为门输出电容，μ表示载流子迁移率，C_ox表示单位面积的栅氧化层电容，W、L分别表示MOS器件栅极宽度和长度，V_GS、V_DS分别表示MOS器件栅源电压、漏源电压，V_DD表示电源电压，I_sub表示亚阈值电流，I_L表示漏电流，可以看出延时与漏电流成反比。

可见，延时与漏电流成反比，与电压成负指数关系，所以随着电源电压的下降，延时迅速增大，漏电能耗的反而会增大甚至导致总能耗增大。为满足低压低能耗的工程需要，有必要根据具体工艺、具体目标电压，建立一套该工艺、该目标电压下的低漏电数字标准单元库。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述所提到的低压下的标准单元库设计问题，提出一种适用于近阈值和亚阈值的低漏电标准单元的设计方法，包括设计标准单元并在所述标准单元可工作电源电压下，完成库单元电路尺寸的低漏电设计，本发明用于低功耗数字电路的设计。

本发明的技术方案为：

一种适用于近阈值和亚阈值的低漏电标准单元的设计方法，包括如下步骤：

1.1：选取预定尺寸的标准器件构建反相器，所述标准器件包括NMOS管和PMOS管；