定制自己的Pcell——简单的Pcell实现

作者：北京百里半网络技术有限公司

从PDK中很容易调用器件的版图，并且可以根据需要修改参数，那么PDK中可以修改参数的器件是如何实现的呢？今天给大家介绍一下参数化单元(parameterized cell, Pcell)的设计环境，可以设计满足自己需求的Pcell.

什么是Pcell

Pcell也就是参数化单元，可以看作是一种可编程单元，允许用户通过定义参数创建实例。 在调用Pcell的过程中为参数赋不同的值，可以创建不同的Pcell实例。 

比如，可以在版图中调用PDK中的MOS器件，然后根据设计参数修改MOS器件的W、L、是否添加Gate过孔、是否添加源漏连接等，这些都可以通过Pcell实现。

可以使用skill程序创建Pcell，也可以使用Virtuoso Pcell应用程序以图形方式创建Pcell. 

使用skill程序创建Pcell更加灵活，也是Cadence推荐的Pcell创建方式，使用Virtuoso Pcell应用程序以图形方式创建Pcell更加方便，并且需要很少的skill编程基础，适合初学者，往往也能满足大部分的设计需求，以下内容都是以图形化方式创建Pcell.

Master cell和Submaster cell

首先了解几个概念，可以认为Master cell就是PDK中提供的Pcell, 它所包含的各个参数信息已经保存，可以打开PDK中的Pcell, 查看包含的参数信息。

Submaster cell是通过调用Master方式生成，在调用Master cell时对不同的参数赋值不同也就产生的不同的Submaster cell，其中Submaster cell的信息保存在内存中。

器件调用时不同的实例(instance)可能会对应同一个Submaster.

简单的Pcell实现

Pcell的设计环境与版图设计环境基本一致，所有操作也都是在版图设计基础之上完成，在版图设计界面：Launch->Plugins->Pcell, 即可开始Pcell设计。

Pcell是在版图基础之上实现的，所以首先需要完成Pcell对应的版图部分工作，然后定义不同的参数，并将不同的参数赋予不同的意义，实现Pcell的功能。

以NMOS的版图为例，在此版图基础上设计Pcell, 可以参考PDK中提供的Pcell学习，逐步实现PDK中提供的Pcell功能，熟悉之后可以根据自己的需求自定义Pcell.

简单的Pcell MOS管 可以完成以下功能：

• 修改MOS管W：可以根据需要修改MOS管的W参数，并给定范围。
• 修改MOS管L：可以根据需要修改MOS管的L参数，并给定范围。
• 自动调整源、漏接触孔：在MOS管的W参数改变的同时，可以自动增加或者减少源、漏接触孔数量。

开始设计具有上面功能的Pcell之前，需要了解一下Pcell设计中的几个基本概念，这些在Pcell设计中会经常使用，理解这些概念对Pcell设计有很重要的意义。

Pcell设计的plugin包含的命令在上图中可以看到，每一个命令对应不同的参数化功能，Pcell的所有功能都是利用上面不同功能的组合实现。

• Stretch: 与版图中拉伸工具实现相同的功能，可以对部分版图进行拉伸，其中Pcell的很多尺寸改变都是通过这一命令实现，比如：W、L值的改变。

• Conditional Inclusion: 根据设置的条件包含或者去除某些对象，比如：当W大于某一值时自动增加finger数。

• Repetition: 复制对象参数，比如实现在MOS管的W参数改变的同时，可以自动增加或者减少源、漏接触孔数量。

• Compile：定义完参数的版图一定需要通过编译才可以作为Pcell使用，可以选择直接编译成Pcell或者生成相应的skill脚本。

了解以上四个功能即可完成上面给出的设计目标，剩下的功能在后面会慢慢介绍，首先介绍一下这四个基本功能的使用。

Stretch功能：实现对象的水平或者垂直拉伸，使用时首先需要画一条control line, 作为stretch命令的参考线，之后会弹出对话框，输入本条stretch命令的name和reference dimension等。

对于refernece dimension很多初学者都不容易理解，其中有一种方法可以很好记住：这个值就是当前版图中你想要stretch对象的尺寸，也可以认为为Pcell中该参数的默认值。

上图中定义了沿X轴方向的Stretch命令用来定义Pcell的栅长，那么相应的reference dimension值就是此时MOS管的栅长(0.35)，那么调用该Pcell时默认的栅长也就是0.35.

stretch direction：是指拉伸的方向，一般习惯使用两个方向同时拉伸，这样更改参数时器件中心坐标不会改变。但是为了方便设置Repetition命令，可经常定义单方向的拉伸。

完成stretch control line的相关定义之后可以选择：Compile->To Pcell, 将设计编译为Pcell, 然后新建版图view, 调用自定义的Pcell，并打开属性对话框，观察改变参数时器件的相应变化。

按照同样的方法，定义一条沿Y轴的Stretch命令，用来改变MOS管的Width参数，注意这里reference dimension值应该和此时版图中MOS管的宽度对应，如下图所示。

保存好设置，然后编译为Pcell, 再次调用并改变参数，观察器件变化是否和预期一致，如果不一致再返回修改参数设置。

为Stretch命令指定对象：从上面的演示结果可以看到，contact尺寸会随着Width参数改变，这个是不希望的。

在定义完Width命令的时候可以选择：Stretch->Qualify, 然后根据窗口左下角提示信息依次选择：Stretch control line, Stretch shapes. 比如在MOS设计中选择除contact之外的所有形状，然后再次查看结果。

Repetition命令：用来实现复制功能，比如实现MOS管宽度变化时contact数量增减的功能。

Repetition命令还可以设置与Stretch命令关联，设置依拉伸总量决定复制数量（默认状态）或者设置依据复制数量决定拉伸量等。

通过定义contact的复制命令，可以实现当MOS管Width参数改变时，自动计算contact数量,Adjustment to Stretch一栏可以先填0，以后再完善。

有一点需要注意，这时候关于Width的Stretch命令的拉伸方向最好不要选择两个方向同时拉伸，否则会导致contact无法对齐问题，关于这个大家可以实际操作一下，观察现象。

通过简单的图形化操作，可以实现上面的NMOS Pcell器件，更多的Pcell制作内容会陆续给大家介绍，也希望对这方面内容感兴趣的同学可以多加尝试，有很多概念需要在实验中逐渐理解。