표준 셀(Standard Cell)은 디지털 회로 설계에서 가장 널리 사용되는 구조지만, 아날로그 회로 설계에서도 그 활용도가 점차 확대되고 있습니다. 특히 복합 회로(AMS: Analog Mixed Signal)나 SoC(System-on-Chip) 설계에서, 아날로그 블록 내부 또는 경계 영역에 표준 셀을 적절히 활용하면 설계 시간 단축, 검증 용이성, 제조 신뢰성 향상 등의 이점을 얻을 수 있습니다.
이번 글에서는 아날로그 마스크 설계에서 표준 셀을 응용할 수 있는 대표적인 사례들과 그 설계 전략을 소개합니다.
1. 왜 아날로그 회로에서 표준 셀을 활용하는가?
아날로그 회로는 일반적으로 풀 커스텀 방식으로 설계되며, 정밀한 Matching, 전류 경로, 노이즈 환경 등이 주요 고려 요소입니다. 하지만 다음과 같은 이유로 일부 영역에서 표준 셀의 도입이 유리할 수 있습니다:
- 디지털 제어 로직 포함: 아날로그 회로 주변에 존재하는 enable, bias control, mode switch 등은 디지털 회로로 구현 가능
- 면적 최소화: 디지털 셀은 높은 집적도를 제공하므로, 블록 내 기능 보조 회로에 적합
- EDA 호환성: Timing 검증, DRC/LVS 통과가 쉬움
2. 적용 가능한 아날로그 회로 예시
● Bias Control 회로
- 전류 소스를 설정하거나 오프셋을 보정하는 신호를 디지털로 제어할 때 표준 셀 로직 삽입
● 칩 Enable/Disable 로직
- Analog IP가 외부 신호로 On/Off될 때, 디지털 플립플롭이나 인버터 사용 가능
● 레이아웃 경계 정렬용 Dummy Cell
- 아날로그 레이아웃 가장자리를 Digital Standard Cell로 채워 DRC 정합성 확보
● ADC/DAC 경계부 디지털 처리 블록
- 샘플링 제어, 레지스터, 싱크 제어 등의 회로를 표준 셀로 구성
3. 설계 시 고려사항
표준 셀을 아날로그 회로에 통합할 때는 다음 사항을 반드시 고려해야 합니다:
- 전원 분리(Power Domain Isolation): 아날로그와 디지털 회로의 전원 잡음을 서로 분리해야 함
- 접지 노이즈(Ground Bounce) 고려: 디지털 셀의 스위칭이 민감한 아날로그 회로에 영향을 미치지 않도록 배치 전략 필요
- 타이밍 검증 제외 구간 명시: STA 적용 제외(Cell Group 제외 설정 등)
- 온도 및 전압 조건 차이 고려: Corner Simulation에서 양쪽 영역이 서로 다른 조건을 가지는 경우 있음
4. 실무 팁: 레이아웃 통합 전략
- Layout Partition Planning: 디지털 셀은 아날로그 회로 외곽 또는 인터페이스 영역에 집중 배치
- Substrate Ring 분리: Nwell/Pwell을 통해 디지털 셀의 Substrate 영향을 아날로그에 전달되지 않도록 차단
- Antenna Rule, Metal Density Rule 재검토: 디지털 셀 사용 시 Signoff 규칙이 추가로 적용될 수 있음
한 줄 요약
"표준 셀은 아날로그 회로에서 기능 보조와 설계 효율 향상을 위한 유연한 도구로 활용될 수 있다."
다음 글 예고
👉 [Chapter3] 디지털과 아날로그 레이아웃의 본질적 차이