可編程邏輯電路設(shè)計(jì)之寄生參數(shù)提取工具

寄生參數(shù)提取工具的作用是根據(jù)工藝參數(shù)對(duì)版圖互連線及器件的寄生參數(shù)進(jìn)行提取，從而得到含有寄生參數(shù)的電路網(wǎng)表，以用于電路的各項(xiàng)性能分析和后仿真。

寄生參數(shù)通常包含寄生電阻、寄生電容和寄生電感。寄生參數(shù)對(duì)時(shí)延、功耗及電路信號(hào)完整性等有顯著影響。由于工藝的不斷發(fā)展，寄生參數(shù)已成為影響電路性能乃至決定電路能否正常工作的關(guān)鍵因素。在集成電路設(shè)計(jì)流程中，寄生參數(shù)提取已成為必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

寄生參數(shù)的提取通常有兩類方法：精確計(jì)算方法和快速模型方法。精確計(jì)算方法精度高，但其速度較慢，所以常用于規(guī)模較小但對(duì)精度要求較高的應(yīng)用，例如工藝分析、標(biāo)準(zhǔn)單元建庫，射頻電路分析等?？焖倌Ｐ头椒ㄏ啾染_計(jì)算方法精度較差，但由于其速度快上千倍，因此被廣泛應(yīng)用于全芯片級(jí)的寄生參數(shù)提取。

1.精確計(jì)算方法

精確計(jì)算方法，也稱為場(chǎng)求解器（Field Solver）法，通過求解電磁場(chǎng)方程得到精確的場(chǎng)分布，從而得到寄生參數(shù)。

寄生電容、寄生電阻和寄生電感的精確計(jì)算方法類似，這里以寄生電容計(jì)算方法為例說明。

寄生電容的精確計(jì)算方法基于數(shù)值計(jì)算方法，求解如下帶偏置電壓的拉普拉斯場(chǎng)方程。

常用的數(shù)值計(jì)算方法包括邊界元素法（Boundary Element Method,BEM）和有限元法（Finite Element Method，F(xiàn)EM）等。

邊界元素法對(duì)三維區(qū)域的二維邊界進(jìn)行離散，通過加權(quán)余量法并應(yīng)用格林公式將三維區(qū)域的拉普拉斯方程轉(zhuǎn)換為二維邊界上的離散積分方程，同時(shí)應(yīng)用邊界條件將離散積分方程轉(zhuǎn)換成線性代數(shù)方程組進(jìn)行求解。

有限元法直接對(duì)三維區(qū)域進(jìn)行離散，利用變分原理將拉普拉斯方程化為求解泛函的極值問題，使得每個(gè)子區(qū)域的誤差函數(shù)達(dá)到最小值，將積分方程轉(zhuǎn)換成線性方程組進(jìn)行求解。

2.快速模型方法

快速模型方法通過建立寄生參數(shù)模型，快速分析版圖的幾何圖形，利用參數(shù)模型匹配方式得到寄生參數(shù)。常用的快速模塊有二維模型和準(zhǔn)三維模型。由于準(zhǔn)三維模型法考慮了三維結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其計(jì)算結(jié)果較二維模型法準(zhǔn)確，所以廣泛應(yīng)用于大規(guī)模版圖寄生參數(shù)提取工具中。

仍以寄生電容計(jì)算為例，準(zhǔn)三維模型法將三維結(jié)構(gòu)上的電容分解為重疊（Overlap）電容、橫向（Lateral）電容及邊緣（Fringe）電容等，分別考慮它們對(duì)總電容的影響，如圖5-116所示。每項(xiàng)電容通過建立查表模型或者解析公式模型進(jìn)行計(jì)算。

快速模型方法需預(yù)先通過精確計(jì)算方法對(duì)典型圖形形狀進(jìn)行計(jì)算建立模型數(shù)據(jù)庫，根據(jù)版圖模式匹配（Pattern Match）方法對(duì)所計(jì)算版圖圖形產(chǎn)生模型參數(shù)，通過查找模型庫得到結(jié)果。

隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，影響寄生參數(shù)的工藝條件日益增多，三維結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對(duì)寄生參數(shù)提取提出了更高的要求。同時(shí)，電路規(guī)模日益龐大對(duì)于寄生參數(shù)提取工具的速度和精度要求更高。寄生參數(shù)模型已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜，必須考慮多種因素組合才能得到較好的計(jì)算精度。特別在FinFET工藝下，由于器件結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)工藝相比存在很大差異，對(duì)寄生參數(shù)提取工具也提出了新的挑戰(zhàn)。

審核編輯 ：李倩