28nm工艺下，自动生成管脚排列文件，给设计加PAD，并在PAD上面打Label的流程（含Tcl脚本）

本文转自：自己的微信公众号《数字集成电路设计及EDA教程》

里面主要讲解数字IC前端、后端、DFT、低功耗设计以及验证等相关知识，并且讲解了其中用到的各种EDA工具的教程。

考虑到微信公众平台上面发布的很多推文百度搜索不到，所以以后的推文也会在这里进行转载。

图：

黑洞：卡冈都亚

《28nm工艺下，自动生成管脚排列文件，给设计加PAD，并在PAD上面打Label的流程（含Tcl脚本）》

在后端设计中编写管脚排列文件（.tdf文件）是一个非常繁琐的过程，其实只要SPEC写好，完全可以用脚本的方式来自动生成该文件，从而减少工作量并防止产生语法问题；且如果要在.tdf文件中指定IO的坐标，当坐标位置有一定的规律时，也可以用Tcl脚本来计算得到，不用靠手工计算来完成。当IO数目上百之后，可想该工作量该有多大，所以能用脚本就尽量用脚本来完成。

此外，在一些IO多的设计中经常用到一些Stagger摆放的PAD，他们的摆放也不容易，在PAD数目非常少的情况下手工摆放还有可能，但是数目增多之后难道非常大。尤其是一些特殊的库中IO和PAD的FRAM View的宽度还不一样。

另外，在ICC中给Port或者PAD打Label也是一个比较繁琐的过程，不像之前的Astro直接用一个命令就搞定了，这里也需要用脚本来批量执行。

这里给出一个自己开发的流程，只要按照这个流程来做就能完美解决上述问题，且设计出错的概率也会非常小。

放置PAD可以在Floorplan之后也可以在布线、DFM等完成之后。不过根据28 nm后端设计时的一些经验，因为PAD是Stagger放置的，所以在内侧PAD的金属和芯片Core内部金属连线存在一些金属间距的违反，所以有两种选择：1、PAD在Floorplan结束之后马上放置；2、PAD在布局布线、DFM之后放置，放置完毕后再检查一下是否有DRC的违反，如果有，修复一下。

之后开始介绍详细的生成.tdf文件以及放置PAD并为其打Label的流程：

1、首先要按照下面的格式写一个SPEC文件来说明IO的名称（这个也是将来打Label要用的），IO例化调用的cell，IO的放置方向（左、右、上、下）、顺序（ORDER）、输入输出属性（INOUT，这个不是必须的，不过为了使得整个设计更加清晰，所以加上了这一项），也可以加上坐标等信息。

2、之后编写一个Tcl文件，内容如下，然后用Tcl执行即可生成Floorplan的管脚排列文件（.tdf）：

set fida [open ../../data/io_spec.csv r]

set fidb [open ../../data/create_io.tdf w]

gets $fida

while {[gets $fida data_in]>0} {

set side_sym [lindex $data_in 4]

switch $side_sym {

LEFT   {set side_num 1}

TOP    {set side_num 2}

RIGHT  {set side_num 3}

BOTTOM {set side_num 4}

default {}

}

puts $fidb "set_pad_physical_constraints -pad_name [lindex$data_in 2] -side $side_num -order [lindex $data_in 5]"

}

puts $fidb "set_pad_physical_constraints -pad_name CORNER1-side 1 -offset 0"

puts $fidb "set_pad_physical_constraints -pad_name CORNER2-side 2 -offset 0"

puts $fidb "set_pad_physical_constraints -pad_name CORNER3-side 3 -offset 0"

puts $fidb "set_pad_physical_constraints -pad_name CORNER4-side 4 -offset 0"

close $fida

close $fidb

生成的tdf文件如下：

3、之后根据SPEC来查找IO所在位置，分内侧和外侧用Stagger方式插入PAD，并在PAD中心打相应的Label。其实SMIC 28 nm工艺和40 nm工艺的IO和PAD有一个非常大的不同之处是，它的IO不是等宽的，有细微的差距，有的是30 μm，有的是33 μm，可是PAD宽度是固定的30。本想摆放PAD的时候让PAD和IO中心对齐，但是计算太麻烦了，感觉没有必要，就让所有的PAD都摆放在IO的一边而非中心，因为这样也能接触良好，且不存在DRC、LVS的违反。另外，其实Label也没有必要打在中心，打在左下角也是可以的，不过为了美观，这里放在了中心。接下来是脚本：

#设定IO的长度和宽度：

set io_length 155

#IO的宽度有两种，一种是33，一种是30，没有必要将PAD放置在IO的中心，所以指定一个小的宽度：

set io_width  30;#33

set padio_width 30

#Stagger的PAD有两种，一种是内侧的PADI，一种是外侧的PADO，

#指定PADI和PADO的长度：

set padi_length 155

set pado_length 67.07

#指定Label的偏移量：

set txt_x_org 15

set txt_y1_org 30

set txt_y2_org 114

#对PAD进行计数，同时对PAD进行命名，PAD0、PAD1…：

set num 0

#用out来指定PAD是摆放在内侧还是外侧，out=1则创建PADO，将其放在外侧；否则的话创建PADI，并将其放在内侧。Out交替变换实现Stagger。

set out 1

set fid [open ../../data/io_spec.csv r]

set data_in [gets $fid]

while {[gets $fid data_in]>0} {

global out

if {$out == 0} {

create_cell"PADI$num" PADI30RN ;#cannot use {PAD$num}

set padname"PADI$num"

} else {

create_cell"PADO$num" PADO30RN

set padname"PADO$num"

}

set io_location [get_location [lindex $data_in 2]]

set io_x_location [lindex $io_location 0]

set io_y_location [lindex $io_location 1]

#如果IO位于Bottom，那么坐标计算非常方便，直接让PAD的左下角坐标和IO完全一样就行了：

if {[lindex $data_in 4] == "BOTTOM"} {

set_attribute [get_cells-all $padname] orientation {N}

set pad_x_location$io_x_location

set pad_y_location$io_y_location

set txt_x_location [expr$pad_x_location+$txt_x_org]

if {$out == 0} {

settxt_y_location [expr $pad_y_location+$txt_y2_org]

} else {

settxt_y_location [expr $pad_y_location+$txt_y1_org]

}

#如果IO位于Right，那么计算会稍微复杂一点，PADO要贴近右侧边缘放置，而get_location只能得到IO左下角的坐标，所以坐标需要加上IO的长度再减去PAD的长度，如下图所示，从图中还能看出PAD的宽度和IO不一样，因为没有必要将PAD摆放到IO中心，所以也就没有这样做。

在Virtuoso中摆放出来是这样的：

} elseif {[lindex $data_in 4] == "RIGHT"} {

set_attribute [get_cells-all $padname] orientation {W}

if {$out == 0} {

setpad_x_location [expr $io_x_location+$io_length-$padi_length]

} else {

setpad_x_location [expr $io_x_location+$io_length-$pado_length]

}

set pad_y_location$io_y_location

set txt_y_location [expr$pad_y_location+$txt_x_org]

set txt_x_location [expr$pad_x_location+$txt_y1_org]

} elseif {[lindex $data_in 4] == "TOP"} {

set_attribute [get_cells-all $padname] orientation {S}

set pad_x_location$io_x_location

if {$out == 0} {

setpad_y_location [expr $io_y_location+$io_length-$padi_length]

} else {

setpad_y_location [expr $io_y_location+$io_length-$pado_length]

}

set txt_x_location [expr$pad_x_location+$txt_x_org]

set txt_y_location [expr$pad_y_location+$txt_y1_org]

} elseif {[lindex $data_in 4] == "LEFT"} {

set_attribute [get_cells-all $padname] orientation {E}

set pad_x_location$io_x_location

set pad_y_location$io_y_location

set txt_y_location [expr$pad_y_location+$txt_x_org]

if {$out == 0} {

settxt_x_location [expr $pad_x_location+$txt_y2_org]

} else {

settxt_x_location [expr $pad_x_location+$txt_y1_org]

}

}

set_cell_location -coordinates "$pad_x_location$pad_y_location" $padname

create_text -origin [list [expr $txt_x_location] [expr$txt_y_location]] \

-height 1 \

-layer 83 \

-orient N [lindex$data_in 1]

if {$out == 0} {

set out 1

} else {

set out 0

}

incr num

}

close $fid

给出插入PAD之后的效果，注：IO在PAD下边（DUP）

Label所在位置如下：

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