KLayout DEF转GDS中VIA阵列生成问题的技术分析与解决方案
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项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/kl/klayout
问题背景
在集成电路设计流程中，DEF（Design Exchange Format）和GDSII是两种常用的版图数据交换格式。KLayout作为一款开源的版图查看和编辑工具，提供了DEF到GDS的转换功能。近期用户在使用KLayout进行DEF到GDS转换时，发现生成的VIA阵列（特别是VIA-METAL1和VIA-METAL2连接）存在DRC违规问题。
问题现象
用户观察到以下关键现象：
- 原始DEF文件通过DRC检查，但转换后的GDS文件出现DRC违规
- 问题主要出现在VIA阵列的右侧边缘，金属覆盖不足导致DRC错误
- 单切VIA结构不受影响，仅阵列VIA出现此问题
- 通过微调金属覆盖参数（增加0.001μm）可以临时规避问题
技术分析
经过深入分析，发现问题根源在于VIA阵列生成时的数值处理方式：
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数值精度问题：当VIA阵列的SPACING参数为奇数时（如231nm），在计算总宽度时会产生非整数结果（19585nm）。KLayout在计算金属覆盖区域时采用对称中心算法，导致右侧边缘出现0.5nm的舍入误差。
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DEF文件解析：KLayout处理DEF文件中的VIA定义时，对于阵列VIA的坐标计算采用以下方式：
- 总宽度 = (CUTSIZE × 列数) + (CUTSPACING × (列数-1)) + (ENCLOSURE × 2)
- 当前实现将总宽度除以2作为对称偏移量，这在奇数宽度情况下会产生舍入误差
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设计规则冲突：TECH LEF中定义的SPACING值（0.463μm）转换为DEF时产生231.5nm的间距，而DEF只支持整数纳米单位，导致精度损失。
解决方案
经过验证，确认以下两种解决方案：
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修改TECH LEF参数（推荐）：
- 将VIA阵列的SPACING值调整为偶数纳米对应的值（如0.464μm）
- 确保生成的DEF中CUTSPACING为整数且阵列总宽度为偶数
- 示例修改：
SPACING 0.464 BY 0.464 ; # 原为0.463
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KLayout算法优化：
- 修改VIA阵列坐标计算逻辑，避免对称中心算法
- 采用绝对坐标累加方式计算各VIA位置
- 此方案需要KLayout代码层面的修改
实践建议
对于IC设计工程师，建议采取以下措施：
- 在设计初期检查VIA阵列规则，确保SPACING值能转换为整数纳米单位
- 在TECH LEF中优先使用偶数纳米单位的参数值
- 进行DEF-GDS转换后，务必检查关键VIA结构的DRC
- 对于现有设计，可通过临时增加金属覆盖参数（0.001μm）作为应急方案
总结
该案例展示了IC设计流程中数据转换环节可能存在的数值精度问题。通过分析，我们发现DEF-GDS转换过程中的VIA阵列生成算法对数值精度敏感，特别是在奇数纳米尺寸情况下。建议设计团队在设计规则制定阶段就考虑后续工具链的数值处理特性，避免此类问题的发生。同时，工具开发者也可考虑优化算法，提高数值处理的鲁棒性。
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创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
