[發明專利]可重復電路仿真的方法和系統

有效

• 申請號: 201210371835.9
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN103034750A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 劉志宏;布魯斯·麥卡費;楊釗志
• 申請（專利權）人: 濟南概倫電子科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 賈磊

本申請要求2011年9月30日提交美國專利局、申請號為13/250,541，發明名稱為“Repetitive?Circuit?Simulation”的美國專利申請的優先權，其全部內容通過引用結合在本申請中。

技術領域

本發明涉及的領域是電子設計自動化，具體而言，是可重復電路仿真的方法和系統。

背景技術

集成電路是由例如電阻、電容、電感器、互感器、傳輸線、二極管、雙極結型晶體管（BJT）、結型場效應晶體管（JFET）、金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）、金屬T半導體場效應晶體管（MESFET）、薄膜晶體管（TFT）等電路元件構成的網絡。

隨著技術的發展，集成電路越來越復雜，需要使用強大的數值模擬程序。例如，電路仿真是集成電路的設計流程中必不可少的環節，它能幫助電路設計人員無需通過昂貴的制造工藝驗證其設計的功能和性能。隨著半導體加工技術發展到納米尺寸，新的仿真方法需要解決納米級電路設計所固有的新問題?，F代集成電路快速發展、更新換代，不斷挑戰著電路仿真的算法和實現。半導體行業需要EDA軟件有能力來分析與動態電流相關的納米效應，比如耦合噪聲(coupling?noise)、接地反彈（ground?bounce）、傳輸線波傳播(transmission?line?wave?propagation)、動態漏電流(dynamic?leakage?current)、電源電壓降（supply?voltage?drop）、器件和電路的非線性行為等。因此，精準的電路模擬和晶體管級仿真已經成為解決納米設計所面臨問題的最有效的途徑之一。

電子電路仿真器包括美國加州大學伯克利分校（UC?Berkeley）開發的面向集成電路的仿真程序——SPICE（Simulation?Program?with?Integrated?Circuit?Emphasis）以及各種增強或衍生版本的SPICE仿真程序。SPICE及其增強、衍生版本將在本文被簡稱為SPICE電路仿真器或SPICE。SPICE方法認為電路是一個不可分割的整體。

SPICE仿真可以提供對電路行為相當準確的預測。這種預測不局限于個別的子電路，它涵蓋整個系統（例如，整個集成電路），因而可以發現、處理全系統范圍關于噪聲之類的問題。一般的SPICE仿真處理流程，模擬集成電路通常被表示為一個網表描述的形式。網表是一種由SPICE語言編寫的用于仿真的對模擬電路的電路描述。SPICE網表是包含仿真控制語句的純結構性語言。其他語言如Verilog-ATM，還具有行為構建的能力。通過結構性網表，連同預定義電路元件，根據特定的電路建模方法，SPICE可以將模擬集成電路據表示為矩陣形式的數學表達（這不是本發明關注點）。非齊次線性微分方程解的維度范圍從1到n。線性方程組的n維輸入向量被表示為{I1，I2，..In}。由輸入向量，可以求得線性矩陣的解向量{V1，V2，..Vn}。由解向量，通過電路模型方法，可以得到另一組輸入向量。重復以上計算，直到解向量收斂。一系列的解向量，可以轉換輸出為波形、測量值或者核查結果，這樣工程師就可以通過計算機屏幕檢查仿真的結果。

然而，隨著集成電路行業的發展，器件尺寸不斷減小、互聯效應日益增加，SPICE全系統仿真變得越來越困難。一個例子是晶體管溝道長度微米尺寸變化為深亞微米尺寸。由于更小的器件尺寸，電路設計者在集成電路中能夠運用電路元件（例如，晶體管、二極管、電容）數量呈指數級增長，對應于SPICE矩陣的維數也量級增長，巨大的計算復雜度使得計算不能在有效時間內完成。

一個電路可以表示為瞬間電流分析的大規模離散非線性矩陣。矩陣維數和電路中節點的數目相同。對于瞬態分析，這個巨大的非線性系統需要求解幾十萬次，這限制了SPICE方法的容量和性能。一般的SPICE方法可以模擬不超過約50,000個節點的電路。因此，對于全芯片設計，SPICE方法不可行。SPICE在實際應用中被廣泛應用于單元設計、庫生成和準確性驗證。

相對于傳統SPICE，在20世紀90年代初開發的快速SPICE方法（Fast?SPICE）在一定精度損失的情況下，有兩個數量級以上的容量和速度提升。性能上的提升主要由于使用簡化模型、電路劃分技術、事件驅動的算法以及對電路延遲的利用。

SPICE將電路模型化為節點、元件集，也就是說一個電路被視為通過節點相連接的各種電路元件的集合。SPICE的核心是所謂的節點分析，通過節點方程（或者電路方程）以矩陣形式表示電路，求解節點方程對電路進行仿真。電路元件被表示為器件模型，產生電路方程的矩陣元素。