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我们可以把版图 (Layout) 理解为建造芯片的“施工蓝图”。它不是一张平面的图，而是一系列层层叠加的彩色图形，每一层都指示工厂（Foundry）在硅片上的特定位置做什么操作（例如，掺杂、沉积金属、刻蚀等）。

看懂版图，只需要掌握三个核心概念：① 认图层、② 造晶体管、③ 做连接。

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核心概念 1: 认识图层 (The Layers) - 蓝图的“材料表”

版图中的每一种颜色或图案，都代表一种特定的物理材料或处理区域。就像地图的图例一样，你需要先知道每个颜色代表什么。我们以课程PPT中的图例（如Slide 34, 36）为例：

• 🟩 扩散区 (Diffusion):

  • ndiff (n-diffusion): N型掺杂区，用于构建NMOS的源极和漏极。
  • pdiff (p-diffusion): P型掺杂区，用于构建PMOS的源极和漏极。
  • 可以把扩散区想象成晶体管的两个**“水池”**，电流就在这两个水池之间流动。

• 🟥 多晶硅 (Polysilicon):

  • 这是版图中最重要的图层之一。它用于构成晶体管的栅极 (Gate)。
  • 可以把它想象成控制两个水池之间**“水流”的那个“闸门”**。

• 🟦 金属 (Metal):

  • Metal1, Metal2, ...: 用于在芯片上长距离布线的“导线”。
  • Metal1 通常用于单元内部的短距离连接和电源轨。更高层的金属（M2, M3...）用于连接不同的逻辑单元。

• ⬜ 阱 (Well):

  • N-well: 一块N型掺杂区域，它是建造PMOS管的“地基”。所有的PMOS管都必须建在N-well里面。

核心概念 2: 建造晶体管 (Building Transistors) - 蓝图的“核心规则”

这是看懂版图最关键的一步。晶体管的形成有一个黄金法则：

• 多晶硅形成了晶体管的栅极 (Gate)。
• 交叉处下方的扩散区被分成了两部分，分别构成了源极 (Source) 和 漏极 (Drain)。

如何区分是NMOS还是PMOS？

• NMOS: 如果是多晶硅 跨越 n-diffusion (ndiff)，那么形成的就是 NMOS。
• PMOS: 如果是多晶硅 跨越 p-diffusion (pdiff)，并且这个整体结构位于一个N-well区域内，那么形成的就是 PMOS。

核心概念 3: 实现连接 (Making Connections) - 蓝图的“胶水和电梯”

不同的图层之间通常被二氧化硅绝缘层隔开。为了将它们电性连接起来，我们需要“打孔”。

• ⚫ 接触孔 (Contact):

  • 用于连接Metal1 和 扩散区(Diffusion) 或 多晶硅(Poly)。
  • 可以想象成将一楼的“导线”焊接到“元器件”上的焊点。

• ❎ 过孔 (Via):

  • 用于连接不同层的金属，例如 Metal1 和 Metal2。
  • 可以想象成连接一楼和二楼的“电梯”或“楼梯”。

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📝 实战演练：解读CMOS反相器版图 (Slide 34)

让我们用刚刚学到的知识来“反向工程”这个反相器的版图。

[图 34.1：CMOS反相器版图]

1. 识别电源和地 (Power Rails):

   • 最上方和最下方的蓝色条纹区域是 Metal1 层，它们通常是宽大的电源轨。上面的是VDD，下面的是GND。

2. 寻找晶体管 (黄金法则):

   • 找到那条垂直贯穿的多晶硅 (Polysilicon) 层。这是我们晶体管的“栅极”。
   • 寻找PMOS：看上半部分。这条多晶硅跨越了一块p-diffusion区域（图例中的pdiff），并且整个上半部分都在一个N-well里（虚线大框）。Bingo！这就是我们的PMOS管。
   • 寻找NMOS：看下半部分。这条多晶硅跨越了一块n-diffusion区域（图例中的ndiff）。Bingo！这就是我们的NMOS管。

3. 追踪连接关系:

   • 输入 (Input A)：那条垂直的多晶硅本身就是输入信号A的走线。因为它同时接触了PMOS和NMOS的栅极，所以它实现了将输入A同时连接到两个管子的功能。
   • 输出 (Output Z)：观察两个晶体管的中间。PMOS的漏极（p-diffusion的下半部分）和NMOS的漏极（n-diffusion的上半部分）通过接触孔(Contact)连接到了同一块Metal1上。这个公共连接点就是输出Z。
   • 连接到VDD: PMOS的源极（p-diffusion的上半部分）通过一个接触孔连接到了最上方的VDD金属轨。
   • 连接到GND: NMOS的源极（n-diffusion的下半部分）通过一个接触孔连接到了最下方的GND金属轨。

结论：通过解读，我们发现这个版图完美地实现了一个PMOS和一个NMOS的栅极相连、漏极相连、PMOS源极接VDD、NMOS源极接GND的结构——这正是CMOS反相器的电路定义！

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Xyea

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