5.4 Decap Cell

Decap [Decoupling Capacitor : 去耦电容器] 单元是一种特殊的Filler cell。当电路中大量单元同时翻转时会导致冲放电瞬间电流增大，使得电路动态供电电压下降或地线电压升高，引起动态电压降，俗称IR-drop。为了避免IR-drop对电路性能的影响，通常在电源和地线之间放置由MOS管构成的电容，这种电容被称为去耦电容或者去耦单元，它的作用是在瞬态电流增大，电压下降时向电路补充电流以保持电源和地线之间的电压稳定，防止电源线的电压降和地线电压的升高。

Decap单元的原理图和布局：

可以使用各种方法将MOS晶体管制成电容器，但最常用的结构如图1所示。

图1 MOS电容和Decap单元原理图

图1（a）显示了MOS晶体管内部的各种电容，如果将源、漏和体端子连接在一起，则所有这些电容将配置为并联电容，如图1（b）所示，并形成单个等效电容，如图1（c）所示。图1（d）显示了使用pMOS和nMOS晶体管的Decap电容器原理图。从这个原理图中，我们可以说由nMOS和pMOS引起的电容将并联并相加形成一个大电容器。图2显示了最简单的Decap单元的布局。

图2 Decap电容器布局

pMOS晶体管的源和漏被短接在一起并连接到VDD，门连接到VSS。同样，nMOS晶体管的源和漏连接到VSS，门连接到VDD。

Decap单元的使用：

在CMOS逻辑操作中有一个输入转换区域，在这个区域内，nMOS和pMOS同时导通，如图3（a）所示。瞬间会流过大的短路电流Isc。如果大量这样的单元放置在一起并一起切换，则需要大量电流，如图3（b）所示。这种大电流需求可能会降低VDD或增加地面电压，这称为电压下降或地面反弹，如图3（c）所示。

图3 Decap单元的使用

电压下降或地面反弹可能会导致连接的标准单元的延迟发生变化。因为延迟与供应电压成正比。延迟的变化可能会进一步影响设计的时序，如果供应电压下降很大，则标准单元的功能可能会受到影响。因此，为了支持电源传递，我们添加了Decap单元。Decap单元作为电荷储备池，支持电源传递网络并使其更加健壮，如图3（d）所示。

Decap单元的放置：

Decap单元通常放置在电源规划之后、标准单元放置之前，即在预放置阶段。在此阶段，在整个设计中均匀地放置这些单元。如果需要，Decap单元也可以放置在后路阶段中。

Decap单元唯一的问题是会出现泄漏，并增加设计的泄漏功率，因此必须谨慎使用。

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原文链接：https://teamvlsi.com/2020/08/decap-cell-in-physical-design.html
https://blog.csdn.net/Tao_ZT/article/details/102456733