RC寄生参数提取在数模混合IC设计中的应用
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版图设计中的寄生参数分析1.引言正如我们了解的,工艺层是芯片设计的重要组成部分。
一层金属搭在另一层金属上面,一个晶体管靠近另一个晶体管放置,而且这些晶体管全部都是在衬底上制作的。
只要在工艺制造中引入了两种不同的工艺层,就会产生相应的寄生器件,这些寄生器件广泛地分布在芯片各处,更糟糕的是我们无法摆脱它们。
寄生器件是我们非常不希望出现的,它会降低电路的速度,改变频率响应或者一些意想不到的事情发生。
既然寄生是无法避免的,那么电路设计者就要充分将这些因素考虑进去,尽量留一些余量以便把寄生参数带来的影响降至最低。
2.寄生参数的种类寄生参数主要包括了电容寄生、电阻寄生,和电感寄生。
2.1 寄生电容图1所呈现的是在不同金属层之间以及它们与衬底之间产生的电容情况:图(1) 无处不在的寄生电容由上图我们可以看到寄生电容无处不在。
不过需要了解的是即使寄生电容很多,但是如果你的电路设计对电容不十分敏感的时候,我们完全可以忽略它们。
但当电路的设计要求芯片速度很快的时候,或者频率很高时,这些寄生的电容就显得格外重要了。
一般来说,在一个模拟电路中,只要频率超过20MHz 以上,就必须对它们给予注意,否则,它有可能会毁掉你的整个芯片。
减少寄生电容可以从以下几个方面入手:(1)导线长度如果你被告知某个区域的寄生参数要小,最直接有效的方法就是尽量减小导线长度,因为导线长度小的话,与它相互作用而产生的电容例如金属或者衬底层的电容就会相应地减小,这个道理显而易见。
(2)金属层的选择另一种解决的办法则是你的金属层选择。
起主要作用的电容通常是导线与衬底之间的电容,图2则说明了衬底电容对芯片的影响。
Noisy Quiet图(2) 衬底电容产生的噪声影响如上所示,电路1和电路2都对地产生了一个衬底电容,衬底本身又有一个寄生电阻,这样一来电路1的噪声就通过衬底耦合到电路2上面,这是我们不希望看到的。
(设法使所有的噪声都远离衬底)因此我们改变一下金属层,通常情况下,最高金属层所形成的电容总是最小的。
OverviewSynopsys’ Star-RCXT™ is the electronic design automation (EDA) industry’s gold standard for parasitic extraction. It provides a single solution for ASIC, system-on-chip (SoC), digital custom,memory and analog designs. Trusted by over 250 semiconductor companies and proven in thousands of production designs, Star-RCXT delivers fast and sub-femtofarad accurate technology. The Star-RCXT solution offers advanced capabilities needed for sub-65-nanometer (nm) designs, including variation-aware parasitic extraction, chemical-mechanical polishing (CMP) based and litho-aware extraction, inductance extraction and analog mixed signal design flow. Its seamless integration with industry leading physical verification, circuit simulation, timing, signal integrity, power, reliability and RTL2GDSII flows enables unmatched ease-of-use, increased productivity and reduced time-to-market. Star-RCXT is used by leading foundries to solve process modeling challenges at 65-nm and 45-nm.Star-RCXT™Parasitic extractionStar-RCXT Parasitic Extraction SolutionSemiconductor process technology has been continually scaling down for the past four decades and the trend continues. In the early days of integrated circuits (ICs), the speed bottleneck was at the circuit level, whereas interconnects were treated as ideal connections with the parasitic effects ignored. With shrinking process technologies, increasing die size and clock frequency, interconnect parasitic effects have begun to manifest themselves in signal delay and noise. Consequently, interconnects now play an important role in the design flow. Today, IC design is interconnect-limited and the design flow is interconnect-driven. A trusted parasitic extraction tool that models advanced process effects and has the capacity to handle large designs with tens of millions of transistors and cells is required to enable designers to quickly achieve their sign-off goals.Star-RCXT has the capacity and accuracy for sign-off extraction on the world’s largest SoC designs. Star-RCXT’s proprietary, advanced technology extracts full-chip designs extremely fast and provides accurate results within 5 percent or 0.2 femto-farad of industry-standard field solvers. Star-RCXT achieves its high accuracy by performing detailed modeling of every capacitive interaction. While, other extraction tools attempt to increase speed by modeling only a subset of the capacitive interactions, Star-RCXT extracts billions of capacitors for a typical design and by using a proprietary parasitic reduction capability, generates the smallest possible netlist, to achieve accurate results. Figure 2 shows excellent correlation between Star-RCXT and Raphael-NXT and demonstrates the accuracy of Star-RCXT.Star-RCXT provides parasitic extraction solution for full-chip gate-level implementation and sign-off as well as for transistor-level custom, memory, analog-mixed-signal (AMS) and radio-frequency (RF) designers, as shown in Figure 1.Gate-level ExtractionStar-RCXT is easily integrated into all industry standard design flows – Synopsys’ Galaxy™ Design Platform, and other third party implementation platforms – using Synopsys’ Milkyway™, LEF/DEF or GDSII interfaces. Galaxy users benefit from the increased productivity of Milkyway as well as the integration and faster convergence and flexibility of full-chip extraction at any time during the design cycle. In addition, Star-RCXT’s tight binary interface with PrimeTime®, PrimeTime SI, PrimeTime PX and integration with PrimeRail enables accurate post-layout optimization and timing, noise and power network sign-off.Transistor-level ExtractionStar-RCXT is integrated with the EDA industry’s leading layout-versus-schematic verification tools and simulation tools – Hercules™, Calibre, HSIM plus, NanoSim™ , HSPICE® and NanoTime for high-seed productive design. Star-RCXT also reads connectivity, cross-reference, and device information from a generated data-base and integrates with third-party analysis tools through industry standard SPICE, DSPF and SPEF netlist formats. For the highest throughput, Star-RCXT offers hierarchical and in-context modes of extraction.Virtuoso Custom Design Platform IntegrationStar-RCXT is integrated with Virtuoso® Analog Design Environment (ADE) for AMS and RF design. Star-RCXT generates Design Framework II (DFII) database parasitic views for netlisting and simulation, compatible with common netlisting interfaces used within ADE. A probing utility is also providedto probe parasitics either within the parasitic view or within the matching schematic view. The parasitic prober also provides the ability to output probed parasitics to an ASCII report file, and to annotate parasitic view total capacitance values to an associated schematic view.Reluctance (Inductance) ExtractionInductance effect becomes more and more prominent as the resistance (both device and interconnect) decreases andthe operating frequency increases. At low frequencies, RC modeling is sufficient and inductance can safely be ignored.As clock frequencies increase, however, modeling global interconnects such as RC circuits are no longer adequate and inductance must be included in the modeling. Ignoring the inductance effect can underestimate signal integrity problems as well.Star-RCXT provides a novel approach to modeling on-chip inductance effects, called partial reluctance extraction. Reluc-tance is defined as the inverse of inductance. Reluctance effects are localized just like capacitance and unlike inductance, resulting in a much sparser matrix compared to inductance. This enables Star-RCXT to produce the smallest netlist without losing any accuracy – overall achieving orders of magnitude faster extraction and simulation.Variation-aware extractionWith shrinking technology, parametric yield due to variationsin critical device and interconnect process parameters has become the dominant factor in yield loss. In order to improve silicon predictability it is mandatory that extraction tools model the process variation accurately. Also, as the uncertainty grows,Figure 1: Star-RCXT provides comprehensive solution for gate-level and transistor-level extractionthe traditional corner-based methodologies requiring multiple process technology files and time-consuming multiple extraction and simulation runs are becoming impractical. Statistical techniques are needed to model these process variation effects. Star-RCXT offers advanced statistical solution that enables sensitivity based parasitic extraction for interconnect process and temperature variation-aware designs at 65-nm and beyond. The variation of each process parameter, such as conductor or dielectric thickness, is available through the variation-aware process technology file and is used to compute sensitivities of parasitic values based on each of the process variations. Star-RCXT’s sensitivity-based extraction solution offers unique benefits to traditional STA flow users as well as to the variation-aware STA flow users, as shown in figure . It enhances the productivity of the traditional flow designers by eliminating the need to do multiple corner extractions, instead providing a single run sensitivity based extraction and multiple netlisting to feed into the traditional analysis – overall, providing 2X faster solution than traditional 5-corner extraction. On the other hand, for variation-aware STA, it generates a single sensitivity-based netlist for fast and robust sign-off. Star-RCXT Key FeaturesComprehensive Process Modeling Conformal dielectric process support Support of Air Gap Via cap extraction Layer ETCHNonlinear RPSQ variation in function of Silicon width Temperature dependent resistance modeling for conducting layers and vias••••••Support of background dielectric Nonlinear via resistance modeling 45-degree routing supportSupport of multiple inter-layer dielectric Support of multiple intra-layer dielectric Support for co-vertical conductors Support for non-planarized metalMultiple cap accuracy mode for different technology (MODE100/MODE200/MODE400) Advanced Process Modeling Sensitivity Extraction CMP simulator interface Litho-aware extractionSingle run multi-corner extraction Reluctance extraction Substrate extractionAccurate D interconnect modelingWidth and Spacing dependent Thickness variation Bottom Thickness variation Density-based thickness variation Multiple density-based variationWidth and Spacing dependent RPSQ variation RPSQ variation in function of Silicon width Nonlinear RPSQ variation Trapezoidal polygon support Dielectric damage modeling Automatic Field Solver FlowCopper interconnect, local interconnect modeling Low-K dielectric, silicon on insulator (SOI) modeling•••••••••••••••••••••••••••Over 99% of nets within 5% or 200aF-10%-5%0%5%10%N u m b e r o f N e t s50100150200250Percentage ErrorFigure 2: Star-RCXT is strongly correlated with Raphael-NXT (field solver)Figure 3: Star-RCXT’s sensitivity based extraction solution supports traditional corner-based and variation-aware STA and simulation flowsGate-level Flow Gray-Box ExtractionDirect interface with Milkyway Database Direct interface with LEF/DEF 5.6Flexibility of Instance port handling Reading of gzip compressed LEF/DEF files Reduction of netlist sizeSupport metal fill polygons from GDSII file.Support GDS inputs for LEF macros.Support hierarchical LEF/DEF inputs.Power net extraction Transistor-level FlowFlexibility of cap threshold handling Resistance threshold handlingAbility to add probe texts to the final netlist Support coupling capacitance to bulk layersSupport all device types including user-defined devices and generic devicesInterface to Hercules physical verificationInterface to Calibre physical verification through CCI Flexibility to control netlist type Support multiple cross-reference flowFlexibility of ignoring the parameter parasitic presented in spice modelSupport parasitic with model namesAbility to extract device of shrunk design parasitic for actual drawn design••••••••••••••••••••••Productivity and Ease of Use Incremental Extraction Distributed Processing License Queuing ADE integration Hierarchical Extraction Selective net extractionSupport of multiple netlist formats (SBPF/SPF/SPEF) Ability to control a number of characters in a line of netlist Ability to write device parameter in parasitic netlist Ability to split power net parasitic into a separate netlist Ability to extract device parameters such as width/length and report in parasitic netlistAbility to output original design coordinates of instance.Ability to extract a design in a given temperature Ability to read time capacitance or designed cap during extractionAbility to extract multiple corners simultaneously Ability to merge multiple extraction result to one file Flexibility to control of ground capacitanceAbility to write parasitic diode to parasitic capacitance User-control reduction of parasitic netlists Multiple reduction mode for different application Validated silicon models available from leading foundries including TSMC, UMC, Chartered•••••••••••••••••••••Synopsys, Inc.700 East Middlefield Road Mountain View, CA 9404 Specifications File Format SupportStar-RCXT supports the following industry-standard formats and interfaces:Layout data in: GDSII, LEF/DEF, Milkyway, Hercules,CalibreOutput formats: DSPF, SPICE, SPEF, SSPEF Binary interface: Direct binary interface to PrimeTime SI System RequirementsDRAM: 512MB, recommend 1GB Swap Space: 512MB, recommend 2GBInstallation disk space: 250MB baseline plus 250MB per platformDesign disk space depends on the circuit size, recommended minimum 500MB•••••••For more information about this product, sales, support services or training, please contact your local Synopsys representative or call 1-800-388-9125.。
CalibrexRC的使⽤Calibre xRC 的使⽤1.版图中的寄⽣参数在使⽤Calibre xRC提取寄⽣参数之前,先介绍⼀下电路中的寄⽣参数。
⼀般来讲,寄⽣参数有寄⽣电阻、寄⽣电容、寄⽣电感等,其中寄⽣电阻和寄⽣电容对电路的影响最为明显。
在版图中,各导电层如铝线、多晶等及导电层之间的接触孔只要有电流通过就会有寄⽣电阻。
两层导电层之间会存在寄⽣电容,寄⽣电容⼀般可分为本征(intrinsic)和耦合(coupled)两种,本征电容是指导电层到衬底(substrate)的电容,它有两种类型,如图1中所⽰:#1为intrinsic plate电容,#4和#5为intrinsic fringe电容;耦合电容是指导电层在不同⽹线之间的电容,图1中#2、#3和#6就属于这种,其中#2为nearbody 电容,#3为crossover fringe电容,#6为crossover plate电容。
图1 寄⽣电容模型电路中寄⽣参数的存在给电路的⼯作造成了⼀定的影响,寄⽣电阻的存在会影响到电路的功耗,寄⽣RC会影响电路中的信号完整性,等等。
所以在版图完成后,必须提取出版图中的寄⽣参数,将它们反标⼊逻辑电路中⼀起进⾏仿真,以此来检查版图设计的准确性。
2.Calibre xRC功能简介Calibre xRC提供了多种寄⽣参数提取解决⽅案。
它可以根据电路设计的不同要求来提取不同的寄⽣参数⽹表,针对全定制电路和模拟电路可以提取晶体管级(transistor level)的⽹表,针对⾃动布局布线产⽣的电路可以提取门级(gate level)⽹表,针对数模混合电路可以提取混合级(ADMS)的电路⽹表。
它还可以根据不同的电路分析要求进⾏提取,针对电路的功耗(Power)分析,只进⾏寄⽣电阻的提取,针对电路的噪声(Noise)分析⽽仅对寄⽣电容的提取,针对电路的时序(Timing)分析⽽提取相应的RC或RCC⽹表,针对电路的信号完整性(Signal Integrity)分析提取寄⽣RC或RCC⽹表。
1概述基于全定制设计方法设计的模拟模块以及标准单元库在完成版图工作后,为确保版图符合设计要求且连线正确需要进行DRC和LVS检查。
集成电路通过版图设计最终转化到硅片后,由于同层以及不同层材料之间寄生参数的影响会使电路性能与最初仿真结果产生偏差甚至使电路无法正常工作。
因此,电路完成DRC和LVS后还需进行版图寄生参数提取(LPE:layout parasitic extraction)和寄生电阻提取(PRE,parasitic resistance extraction)[1]。
大规模数字集成电路芯片的物理实施中,完成布线后的一项重要工作是进行静态时序分析(STA:static timing analysis)。
在时序分析前,则首先需要对芯片的物理版图设计进行包括电阻、电容以及电感的参数提取,再进行延时计算。
版图设计的完整寄生参数应当包括R、C、L、K,其中L(电感)和K(互感)在单元库版图和低频数字IC中常常忽略[2]。
LPE/PRE完成后我们将会得到一个含有大量寄生元件信息的电路SPICE或CDL 格式网表文件。
该网表文件反映了电路版图的精确特性。
用它进行SPICE后仿真(post-simulation)。
如RC寄生参数提取在数模混合IC设计中的应用王巍(国家集成电路设计深圳产业化基地)摘要:目前的数模混合集成电路设计中,需要对模拟部分进行后版图仿真并对整体电路进行时序分析。
版图后仿真需要进行晶体管级的寄生参数提取,芯片时序分析则需要对互连线进行寄生参数提取。
RC 寄生参数提取的精确度和效率在很大程度上影响着整体芯片设计的质量和效率。
Abstract:In the current mixed analog-digital circuit design,the analog module need to do post-layout simulation and the full-chip need to do STA.While the post-layout simulation need the RC extraction in transistor-level and the interconnect delay also need to be extracted in order to do STA.The definition and efficiency of the RC extraction are very important to the quality of the full-chip design.果后仿真结果同样满足设计要求,那么这时就能够确定版图设计有问题。
使⽤Calibre实现RFCMOS电路寄⽣参量的提取及后仿真使⽤Calibre xRC实现RFCMOS电路的寄⽣参量提取及后仿真郭慧民[摘要]Calibre xRC是Mentor Graphics公司⽤于寄⽣参量提取的⼯具,其强⼤的功能和良好的易⽤性使其得到业界的⼴泛认可。
本⽂以采⽤RFCMOS⼯艺实现的LNA为例,介绍使⽤Calibre xRC对RFCMOS电路寄⽣参量提取,以Calibreview 形式输出以及在Virtuoso的ADE中直接后仿真的流程。
本⽂还将讨论Calibre xRC特有的XCELL⽅式对包含RF器件的电路仿真结果的影响。
采⽤Calibre xRC提取寄⽣参量采⽤RFCMOS⼯艺设计低噪声放⼤器(LNA),其电路图如图1所⽰,版图如图2所⽰。
图1 LNA的电路图图2 LNA的版图Calibre⽀持将其快捷⽅式嵌⼊在Virtuoso平台中。
⽤户只需在⾃⼰.cdsinit⽂件中加⼊以下⼀⾏语句:load( strcat( getShellEnvVar("MGC_HOME") "/lib/calibre.skl" ))就可以在virtuoso的菜单中出现“calibre”⼀项,包含如下菜单:点击Run PEX,启动Calibre xRC的GUI,如图3所⽰。
Outputs菜单中的Extraction Type⾥,第⼀项通常选择Transistor Level 或Gate Level,分别代表晶体管级提取和门级提取。
第⼆项可以选择R+C+CC,R+C,R,C+CC,其中R 代表寄⽣电阻,C 代表本征寄⽣电容,CC代表耦合电容。
第三项可以选择No Inductance,L或L+M,分别代表不提取电感,只提取⾃感和提取⾃感与互感。
这些设置由电路图的规模和提取的精度⽽定。
在Format⼀栏中,可以选择SPECTRE,ELDO,HSPICE等⽹表形式,也可以选择Calibre xRC提供的CALIBREVIEW形式。
【经验】以一个例子分析有源滤波器中元件的寄生参数的影响下图是一个有源带通滤波器。
理论分析的结果是:当图中所有相同标号的元件取相同数值的话,其中心频率为1/(2*pi*RC),Q值为R1/R,中心频率的电压增益为2倍。
由于这个电路的中心频率与Q值相互独立,且Q值仅与两个电阻之比值有关,所以可以用在需要高Q 值的电路中。
然而在实际应用中,很多时候这个电路的表现却是差强人意,主要的问题是Q值不容易做高。
原因何在?这个电路可以等效成下图所示的 LC谐振回路。
两个运放以及排成一列的RC等效为一个电感,其阻抗表达式是Z=jw(R^2)C,由于在中心频率上w0=1/(RC),所以Z0=jR。
下面讨论这个电路的Q值。
为了说明方便,将前面的图改画成如下形式:在前面的计算中,并没有考虑上图中的RL,所以就得到Q=R1/XL=R1/R(XL是那个等效电感在中心频率上的电抗)。
但是在实际电路中由于寄生参数的影响,在这个LC并联回路两端存在一个损耗电阻RL,由于这个电阻的存在,整个电路的Q值将下降到Q=(R1||RL)/R。
现在的问题就是:如何估计这个RL?一个似乎很显见的影响是运放的输入电阻。
但是在有源滤波器中,电阻值通常在千欧姆数量级,而运放的输入电阻常常高于百兆欧姆,所以实际上运放的输入电阻对于Q值的影响可以忽略。
事实上,对这个电路影响最大的是电容C的Q值。
较少有人关注电容的Q值,一种错误的看法是电容的漏电极小所以一定有很高的Q值。
但实际上电容的Q值并没有想象的那么高。
在低频范围内工作的有源滤波器,其中的电容常常采用薄膜电容。
薄膜电容器是用金属箔电极与塑料薄膜卷绕而成,为了减小体积,现在大部分薄膜电容中的电极都是在塑料薄膜上蒸镀的一层金属层。
由于蒸镀的金属层很薄所以有较大的寄生电阻(ESR),又由于卷绕形成了寄生电感,所以这些电容往往在低频的时候有很好的性能,但是频率稍高就表现出损耗加大、容量下降等现象。
笔者曾经用电桥测量过多个薄膜电容,在几百赫兹频率下都表现良好,但是当频率加大到几十千赫兹后大部分电容都出现了容量下降,Q值下降的现象。
IC设计流程之实现篇——全定制设计要谈IC设计的流程,⾸先得搞清楚IC和IC设计的分类。
集成电路芯⽚从⽤途上可以分为两⼤类:通⽤IC(如CPU、DRAM/SRAM、接⼝芯⽚等)和专⽤IC(ASIC)(Application Specific Integrated Circuit),ASIC是特定⽤途的IC。
从结构上可以分为数字IC、模拟IC和数模混合IC三种,⽽SOC(System On Chip,从属于数模混合IC)则会成为IC设计的主流。
从实现⽅法上IC设计⼜可以分为三种,全定制(full custom)、半定制(Semi-custom)和基于可编程器件的IC设计。
全定制设计⽅法是指基于晶体管级,所有器件和互连版图都⽤⼿⼯⽣成的设计⽅法,这种⽅法⽐较适合⼤批量⽣产、要求集成度⾼、速度快、⾯积⼩、功耗低的通⽤IC或ASIC。
基于门阵列(gate-array)和标准单元(standard-cell)的半定制设计由于其成本低、周期短、芯⽚利⽤率低⽽适合于⼩批量、速度快的芯⽚。
最后⼀种IC 设计⽅向,则是基于PLD或FPGA器件的IC设计模式,是⼀种“快速原型设计”,因其易⽤性和可编程性受到对IC制造⼯艺不甚熟悉的系统集成⽤户的欢迎,最⼤的特点就是只需懂得硬件描述语⾔就可以使⽤EDA⼯具写⼊芯⽚功能。
从采⽤的⼯艺可以分成双极型(bipolar),MOS和其他的特殊⼯艺。
硅(Si)基半导体⼯艺中的双极型器件由于功耗⼤、集成度相对低,在近年随亚微⽶深亚微⽶⼯艺的的迅速发展,在速度上对MOS管已不具优势,因⽽很快被集成度⾼,功耗低、抗⼲扰能⼒强的MOS管所替代。
MOSFET⼯艺⼜可分为NMOS、PMOS和CMOS三种;其中CMOS⼯艺发展已经⼗分成熟,占据IC市场的绝⼤部分份额。
GaAs器件因为其在⾼频领域(可以在0.35um下很轻松作到10GHz)如微波IC中的⼴泛应⽤,其特殊的⼯艺也得到了深⼊研究。
⽽应⽤于视频采集领域的CCD传感器虽然也使⽤IC⼀样的平⾯⼯艺,但其实现和标准半导体⼯艺有很⼤不同。
数模混合IC设计流程1.数模混合IC设计近十年来,随着深亚微米及纳米技术的发展,促使芯片设计与制造由分离IC、ASIC 向SoC转变,现在SoC芯片也由数字SoC全面转向混合SoC,成为真正意义上的系统级芯片。
如今人们可以在一块芯片上集成数亿只晶体管和多种类型的电路结构。
此时芯片的制造工艺已经超越了传统制造理论的界限,对电路的物理实现具有不可忽略的影响。
因此,片上系统所依赖的半导体物理实现方式,面临着多样化和复杂化的趋势,设计周期也越来越长。
目前越来越多的设计正向混合信号发展。
最近,IBS Corp做过的一个研究预测,到2006年,所有的集成电路设计中,有73%将为混合信号设计。
目前混合信号技术正是EDA业内最为热门的话题。
设计师在最近才开始注意到混合信号设计并严肃对待,在他们意识到这一领域成为热点之前,EDA公司已经先行多年。
EDA业内领头的三大供应商Mentor Graphics、Synopsys和Cadence在几年前即开始合并或研发模拟和混合信号工具和技术。
其中Mentor Graphics是第一个意识到这一点,并投入力量发展混合信号技术的EDA供应商。
我们先分析数模混合IC设计的流程,简单概括如图:首先要对整个IC芯片进行理论上的设计。
对于模拟部分,可以直接在原理图的输入工具中进行线路设计;而对于数字部分,主要通过各种硬件描述语言来进行设计,比如通用的VHDL及Verilog,数字部分的设计也可以直接输入到原理图工具中。
当完成原理图的设计时,必须对设计及时的进行验证。
如果原理设计没有问题,就说明设计是可行的,但这还停留在理论的阶段,接下来必须将它转换为实际的产品。
这时需要用版图工具将电路设计实现出来,对于模拟电路部分,可以使用定制版图工具;对于数字电路部分,也可以采用P&R(自动布局布线)工具实现。
在完成整个电路各个模块的版图后,再将它们拼装成最终的版图。
这时的版图并不能最终代表前面所验证过的设计,必须对它进行验证。
RC电路的应用RC电路在模拟电路、脉冲数字电路中得到广泛的应用,由于电路的形式以及信号源和R,C元件参数的不同,因而组成了RC电路的各种应用形式:微分电路、积分电路、耦合电路、滤波电路及脉冲分压器。
关键词:RC电路。
微分、积分电路。
耦合电路。
在模拟及脉冲数字电路中,常常用到由电阻R和电容C组成的RC电路,在些电路中,电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系,产生了RC电路的不同应用,下面分别谈谈微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路。
1. RC微分电路 如图1所示,电阻R和电容C串联后接入输入信号V I,由电阻R输出信号V ,当RC 数值与输入方波宽度t W之间满足:R C<<t W,这种电路就称为微分电路。
O在 R两端(输出端)得到正、负相间的尖脉冲,而且发生在方波的上升沿和下降沿,如图2 所示。
在t=t1时,V I由0→V m,因电容上电压不能突变(来不及充电,相当于短路,V C=0),输入电压V I全降在电阻R上,即V O=V R=V I=V m 。
随后(t>t1),电容C的电压按指数规律快速充电上升,输出电压随之按指数规律下降(因V O =V I-V C=V m-V C),经过大约3τ(τ=R × C)时,VCVm,VO0,τ(RC)的值愈小,此过程愈快,输出正脉冲愈窄。
t=t2时,V I由V m→0,相当于输入端被短路,电容原先充有左正右负的电压V m 开始按指数规律经电阻R放电,刚开始,电容C来不及放电,他的左端(正电)接地,所以V O=-V m,之后V O随电容的放电也按指数规律减小,同样经过大约3τ后,放电完毕,输出一个负脉冲。
只要脉冲宽度t W>(5~10)τ,在t W时间内,电容C已完成充电或放电(约需3 τ),输出端就能输出正负尖脉冲,才能成为微分电路,因而电路的充放电时间常数τ必须满足:τ<(1/5~1/10)t W,这是微分电路的必要条件。
基于各种快速Spice仿真器的Post-Layout寄生效应验证孙肖林【摘要】现在的深亚微米工艺使用复杂的多层金属结构与先进电介质材料,随着工艺的进步,集成电路的器件尺寸越来越小,金属互连线做得越来越细,金属互连产生的寄生效应对电路性能的影响也越来越明显,各种各样的问题譬如由耦合电容产生了串扰噪声和延迟,IR drop引起的电压降,高电流密度引起的电迁移效应,以及混合信号设计中DC-path泄漏已经成为非常普遍的问题.对于整个芯片,在post-layout 仿真时加上提取的寄生参数,有助于在设计中精确地分析每个寄生效应.快速Spice 仿真器具有大的数据处理的容量和高的处理效率,因此这种仿真流程在设计中已经被广泛地应用.讨论如何在各种模式的仿真器(如UltraSim,NanoSim和HSIM)中选择合适的仿真器来进行post-layout仿真,以及不同的选择会有什么样不同的结果,另外还将对一些post-layout仿真结果进行分析.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)022【总页数】3页(P69-71)【关键词】快速Spice仿真器;串扰;IR drop电迁移效应;DC-path泄漏【作者】孙肖林【作者单位】东南大学IC学院,江苏,南京,210096【正文语种】中文【中图分类】TN41;TP331 引言器件的几何尺寸缩小到深亚微米,使得越来越复杂的数字式处理器、存储器和高性能的模拟信号/混合信号功能模块集成在一快芯片,形成数模混合的系统芯片(SoC)。
无线应用产品譬如手机和无线区域网不断地给SoC提出新的要求,无线通讯市场的发展急需一种高容量仿真器来处理一些复杂的设计,例如RF电路或MS(混合信号)电路。
传统Spice类电路仿真器,会建立一个专门的算法来模拟电路,精度较高,但是仿真速度太慢,以至于不能仿真一个完整的电路譬如RF PLL或 ADC/DAC。
想要加速仿真,仿真器必须有一种合理的算法来恰当地分割数据,以支持多种电路模型,不管是复杂模型还是简单模型都可以根据精度需求灵活设置。
使用Calibre xRC实施深亚微米IC寄生参数提取培训时间:2007年 7 月 19 日(9:00 AM –5:00PM) ( 1 天)培训地址:上海市浦东新区世纪大道 88号金茂大厦 2902室课程描述:一、为什么需要摘取寄生电阻电容效应:1.电路设计工程师做设计仿真仿真时,并无法确切得知实际版图绘制后,寄生效应的影响.2.传统>0.35um硅制程,设计工程师普遍的观念是Mos Gate delay 占70%, net delay 占30%. 当硅制程<= 0.25um时此观念渐渐并不适用.3.先进制程虽然线宽缩小,但是其导线厚度却相对的增加.如此一来,偶合电容的重要性逐渐增加.如何能精确摘取寄生电阻电容执行版图绘制后后段仿真模拟的工作变得异常重要.如此才能确认Tape out的设计质量.二、Calibre xRC 的价值:1.完整整合Calibre LVS 并提供五种不同的网表输出.HSPICE, ELDO, DSPF,SPEF, SPECTRE2.晶元代工厂(TSMC, UMC, SMIC, Chartered , IBM…. Etc)提供完整的rulefile.3.针对Cadence PDK用户, Calibre xRC 提供“Calibre view”的网表输出格式让设计工程师能在Cadence 整合环境中执行版图绘制后后段仿真模拟的工作.让模拟或射频的电路能符合当初设计的规格,让设计工程师更有信心.4.Calibre RVE提供寄生电阻电容预览的功能(Parasitic Browsing).工程师能透过Calibre RVE显示寄生电阻电容的摘取坐标,让工程师能充分了解实际看到此片段寄生电阻电容的值.5.针对更先进铜导线制程(Copper)<=0.13um, Calibre xRC 提供新的in-die variation寄生电阻电容效应的摘取方法.此法针对铜导线的特性建立一系列的表格.必须充分与晶元代工厂合作.才能提供完整的rule file. TSMC已经验证过xRC精确度,并也已经提供xRC rule file在其网站上供使用者下载.6.针对先进制程除了要有精确的寄生电阻电容摘取之外,新组件模型参数的摘取也需要一起配合.Calibre xRC 结合Calibre LVS提供新组件模型参数LOD(length over diffusion), N-well ProximityMentor Graphics 的Calibre 是深亚微米物理验证的工业标准。
RC电路的应用摘要:RC电路在模拟电路、脉冲数字电路中得到广泛的应用,由于电路的形式以及信号源和R,C元件参数的不同,因而组成了RC电路的各种应用形式:微分电路、积分电路、耦合电路、滤波电路及脉冲分压器。
关键词:RC电路;微分、积分电路;耦合电路;滤波电路;脉冲分压器在模拟及脉冲数字电路中,常常用到由电阻R和电容C组成的RC电路,在这些电路中,电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系,产生了RC电路的不同应用,下面分别谈谈微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路。
1.RC微分电路如图1所示,电阻R和电容C串联后接入输入信号V I,由电阻R输出信号V O,当RC数值与输入方波宽度t W之间满足:R C<<T W,即RC<(1/5~1/10)T W,这种电路就称为微分电路。
在R两端(输出端)得到正、负相间的尖脉冲,而且是发生在方波的上升沿和下降沿,如图2所示。
在t=t1时,V I由0→V m,因电容上电压不能突变(来不及充电,相当于短路,V C=0),输入电压V I全降在电阻R上,即V O=V R=V I=Vm。
随后(t>t1),电容C的电压按指数规律快速充电上升,输出电压随之按指数规律下降(因V O=V I-V C=V m-V C),经过大约3τ(τ=R×C)时,V C=Vm,VO=0,τ(RC)的值愈小,此过程愈快,输出正脉冲愈窄。
t=t2时,V I由V m→0,相当于输入端被短路,电容原先充有左正右负的电压V m开始按指数规律经电阻R放电,刚开始,电容C来不及放电,他的左端(正电)接地,所以V O=-V m,之后V O随电容的放电也按指数规律减小,同样经过大约3τ后,放电完毕,输出一个负脉冲。
只要脉冲宽度t W>(5~10)τ,在t W时间内,电容C已完成充电或放电(约需3τ),输出端就能输出正负尖脉冲,才能成为微分电路,因而电路的充放电时间常数τ必须满足:τ<(1/5~1/10)t W,这是微分电路的必要条件。
Telecom Power Technology设计应用数字模拟混合集成电路设计分析余昌皇(凯里学院,贵州凯里556011集成电路的诞生和应用,有力推动了微电子技术和行业的发展。
集成电路在我国信息产业发展中起着非常关键的作用,主要包括数字电路、模拟电路以及数字模拟混合电路。
目前,数字模拟混合集成电路设计和制造已电子工业是数字模拟混合电路的主要应用领域,其他领域数字模拟混合电路的应用也越来越多。
讨论数字模拟混合电路设计的基本思路和设计流程,并结合实例进行了探讨。
数字模拟混合;集成电路;电路设计Design Analysis of Digital Analog Hybrid Integrated CircuitYU Chang-huangKaili University,Kaili 556011,of integrated circuits havemicroelectronics technology and industry.Integrated circuits play a very critical role in the development of my country information industry.The integrated circuits at this stage mainly include digital circuitsTelecom Power Technology· 104 ·图1 数字模拟混合信号电路结构理想的数字模拟混合电路结构设计过程,应该是在相同的仿真环境中集成模拟和数字算法,由仿真器接管每个电路的描述。
混合信号仿真器的主要任务之一是同步两种截然不同的算法,以便在转换两种算法时信号不会引起任何错误。
当数字仿真器通过事件驱动时,模拟仿真器采用动态时间步长控制。
创建混合信号的原理图后,将生成分层的网表文件,并最终在配置的仿真环境中完成验证。
完整3D IC寄生参数提取
John Ferguson;Dusan Petranovic
【期刊名称】《中国集成电路》
【年(卷),期】2016(0)12
【摘要】3DIC设计因为能够实现器件尺寸缩小,同时最大限度地降低成本并保持外形参数可控,因此获得了业界的大量关注,但验证来自多个制程工艺的组件仍是相当具有挑战。
在物理验证领域,这部分工作已经有所进展——可以在独立模式中根据特定DRC或LVS规则验证芯片,
【总页数】2页(P44,66)
【作者】John Ferguson;Dusan Petranovic
【作者单位】Mentor Graphics公司;Mentor Graphics公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.新一代寄生参数提取软件ICExt [J], 陆涛涛;杜玉惠;文建;寿国平
2.RC寄生参数提取在数模混合IC设计中的应用 [J], 王巍
3.基于产品结构的SSPC寄生参数提取及阻性负载开关特性仿真分析 [J], 王浩南;赖耀康;张宏宇;曹玉峰;叶雪荣;翟国富
4.基于产品结构的SSPC寄生参数提取及阻性负载开关特性仿真分析 [J], 王浩南;赖耀康;张宏宇;曹玉峰;叶雪荣;翟国富
5.Mentor Graphics 公布Calibre xRC,SOC设计中全芯片、晶体管级的寄生参数提取技术 [J],
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一个基本CMOS放大器的寄生参数提取及后仿真方法摘要:Calibre XRC是Mentor Graphics公司的全芯片寄生参数提取工具,提供晶体管级、门级和混合级别寄生参数提取的能力,支持多层次的分析和仿真。
它完整的结合了Calibre LVS,并提供几种不同网表的输出,如HSPICE,ELDO,DSPF,SPEF,SPECTRE等,还可通过Calibre RVE显示寄生电阻电容的准确位置。
Calibre xRC为模拟与混合信号SoC设计工程师提供了一个独立于设计风格和设计流程的单一的寄生参数提取解决方案。
对于模拟电路或者小型模块的设计工程师来说,Calibre xRC提供高度的精确性以及与版图环境之间的高度集成。
对于数字、大型模块以及全芯片的设计而言,Calibre的层次化多边形处理引擎为Calibre xRC提供足够的性能。
Cadence ADE环境里集成了Spectre的强大仿真功能,可对电路进行精确的仿真。
关键词:Calibre XRC 寄生参数提取 Cadence ADE 后仿真1.引言集成电路的设计与制造都已经进入深亚微米时代,寄生参数对电路的影响已不可忽略。
特别是对于一些要求精确的模拟电路,如果不考虑寄生参数将得不到一个满意的结果,甚至功能都不对。
本文以一个放大器为例,运用Calibre XRC提取出对应于逻辑图的带寄生参数的原理图,在Cadence环境里直接用SPECTRE对电路进行后仿真。
2.运用Calibre XRC提取带寄生参数的原理图采用CMOS工艺设计的一个基本放大器,其原理图如图1所示,版图如图2所示。
图1 电路图图2 版图在cdsnew里,Calibre的菜单已经集成在Cadence环境里了。
打开电路的版图可以看到Calibre 的菜单,点击 Run PEX,启动Calibre XRC的GUI(图形界面)。
如图3所示,Rules及Inputs选项里同Calibre LVS一样,填写Calibre XRC用的命令文件(Command File),运行XRC的目录,版图的GDS与逻辑图的CDL。
RC寄生参数提取在数模混合IC设计中的应用数模混合IC设计是一个广泛应用于现代集成电路设计中的技术。
它将数字电路和模拟电路集成在一起,可以实现更高的功耗效率和更好的性能。
在数模混合IC设计中,RC寄生参数提取扮演了重要的角色。
RC寄生参数是指电路布线过程中由于电阻和电容元件之间的信号传输造成的非理想情况。
这些寄生参数可以导致信号的失真、串扰和延迟等问题。
因此,精确提取和建模这些寄生参数对于确保电路性能的准确性和稳定性是至关重要的。
在数模混合IC设计中,RC寄生参数提取有以下几个主要的应用:
1.电路仿真:在电路设计的早期阶段,设计师需要通过仿真来评估电路的性能。
然而,由于RC寄生参数的存在,仿真结果可能与实际情况有所偏差。
因此,在仿真之前,需要进行RC寄生参数的提取和建模,以保证仿真结果的准确性。
2.时序分析:在数模混合IC设计中,时序分析是一个非常重要的步骤。
它用于评估电路的时钟频率、传输延迟和电路的可靠性等。
然而,由于RC寄生参数的存在,时序分析可能会遇到一些挑战。
因此,需要准确提取和建模RC寄生参数,以便进行准确的时序分析。
3.信号完整性分析:在高速电路设计中,信号完整性是一个重要的问题。
由于RC寄生参数的存在,电路中的信号传输可能遇到失真、串扰和延迟等问题,从而导致信号完整性下降。
因此,在进行信号完整性分析之前,需要准确提取和建模RC寄生参数,以评估信号的完整性。
4.线长匹配:在数模混合IC设计中,线长匹配对于电路的稳定性和性能至关重要。
由于RC寄生参数的影响,不同信号线的传输延迟可能存
在差异。
因此,在布线过程中,需要准确提取和建模RC寄生参数,以确保不同信号线的传输延迟保持匹配,从而提高电路的性能。
综上所述,RC寄生参数提取在数模混合IC设计中具有重要的应用价值。
它能够准确提取和建模电路中的寄生参数,从而保证电路性能的准确性和稳定性。
通过RC寄生参数提取,可以实现更精确的电路仿真、时序分析、信号完整性分析和线长匹配,从而提高整个数模混合IC设计的效率和可靠性。