[發明專利]無損耗無頻散介質下的集成電路全波電磁仿真方法及系統

有效

• 申請號: 202111164240.1
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113609743B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 王芬
• 申請（專利權）人: 北京智芯仿真科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/30
• 代理公司: 北京星通盈泰知識產權代理有限公司 11952
• 代理人: 李筱

本申請公開了無損耗無頻散介質下的集成電路全波電磁仿真方法及系統，首先獲取超大規模集成電路的模型信息并據此對集成電路進行建模，然后基于所述建模得到的模型對集成電路的平行平板場域進行網格剖分，然后基于所述網格剖分的結果建立無損耗無頻散介質下的矢量有限元系統方程組，然后基于所述有限元系統方程組通過迭代方法計算集成電路的參考頻率及其場解，然后對于低于參考頻率的待求頻點，基于參考頻率的場解獲得待求頻點下的場解，最后基于所有待求頻點的場解獲得全頻段的電磁響應。該方法能夠計算出全波分析的失效頻率，并基于失效頻率采用迭代方法計算出參考頻率點及參考頻率下的場解，實現了對低頻頻點的場解的準確求解。

技術領域

本申請涉及電磁仿真技術領域，特別涉及無損耗無頻散介質下的集成電路全波電磁仿真方法及系統。

背景技術

超大規模集成電路具有明顯的多尺度結構，其尺度范圍為厘米級（）～納米級（），尺度范圍多達7個數量級。另一方面，集成電路傳輸的信號往往具有全波傳輸的特征，其傳輸頻段涵蓋了從直流到數個GHz，這一問題在數字和混合信號傳輸的集成電路應用中尤為突出。因此，針對集成電路的電磁場分析需要進行全波電磁場分析，需要使用全波電磁場求解器對集成電路的電磁場進行全波電磁場求解。

然而，調研與測試結果表明，目前的大規模稀疏矩陣求解器，在對集成電路電磁場問題進行全波電磁場求解時，針對同樣的集成電路模型，在測試頻率為GHz以上的高頻時，求解器能獲得準確的場解，而對于低達MHz量級或低于MHz量級的測試頻率，所有求解器均失效，均無法獲得準確的場解，而MHz、數十MHz恰好是很多集成電路的工作頻率，因此迫切需要解決這類低頻電磁場求解失效的問題。

造成以上結果的原因在于，集成電路工作過程中，形成集成電路的電磁場由傳導電流與位移電流貢獻疊加而成，在高頻時，傳導電流與位移電流的貢獻相當，因此這兩部分正常疊加；然而在低頻時，傳導電流的貢獻占絕大部分，而位移電流的貢獻非常低，位移電流與傳導電流之間的貢獻比甚至低過了機器精度，例如對于雙精度數據存儲時機器精度在量級，此時在低頻下位移電流與傳導電流的貢獻比就會與機器精度相當甚至低于機器精度，從而代表不同貢獻的矩陣元素數量級的比值與機器精度相當甚至低于機器精度。這一事實造成在代表不同貢獻的矩陣合并時，由于合并時機器精度帶來的誤差徹底掩蓋了代表位移電流的貢獻矩陣元素，這使得位移電流的貢獻本來是可以忽略不計的，但在引入機器精度帶來的誤差后，位移電流的貢獻也因為誤差導致被放大幾個數量級，使得其從可以忽略不計變為可以分辨，導致求解結果失效，即此時求解的電磁場并非準確場。

現有的解決求解器在低頻時失效的方法通常是將基于恒定或準恒定的電磁場求解器與基于高頻的電磁場求解器進行結合求解。在測試頻率高于某一頻率，采用高頻的電磁場求解器進行求解，而在測試頻率低于某一頻率時，則采用基于恒定或準恒定的電磁場求解器進行求解，然后將兩種求解器的計算結果進行拼接。

然而，這種方法的準確性較低，首先，因為恒定或準恒定的電磁場求解器涉及基本近似，需要對電場E和磁場H進行解耦，形成只包含恒定電場或恒定磁場的微分方程，這只有在嚴格直流場時是正確的；其次，在兩個求解器之間切換的具體頻率如何進行設定目前也是未知的；最后，由于在低于某一頻率后求解的場均以直流下的恒定場來代替，因此此時求解的電磁場與頻率無關，這將導致兩種求解器求解的場拼接的集成電路電磁響應曲線出現明顯的不連續，電磁響應曲線在兩種頻率切換的頻率點處會有明顯的跳變，且在低頻段的響應曲線為一條直線。

因此，為了徹底解決現有求解器在針對無損耗無頻散介質下集成電路的低頻場解計算失效的問題，有必要對電場E和磁場H在集成電路從直流到高頻的全波麥克斯韋方程組的真實解進行準確計算和獲取。

發明內容

基于此，為了解決現有求解器在針對無損耗無頻散介質下集成電路的低頻情況下的失效問題，進而能夠獲得集成電路在包括低頻在內的全頻段下的電磁場，本申請公開了以下技術方案。

一方面，提供了一種無損耗無頻散介質下的集成電路全波電磁仿真方法，包括：