[發(fā)明專利]基于動(dòng)態(tài)步長(zhǎng)的模擬電路可靠性仿真方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210444048.6
• 申請(qǐng)日: 2022-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN114692542A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李聰;董嘯宇;呂松松;成善霖;游海龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/367
• 分類號(hào): G06F30/367;G06F17/10;G06F119/02;G06F119/12
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發(fā)明公開了一種基于動(dòng)態(tài)步長(zhǎng)的模擬電路可靠性仿真方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)不能貼合器件實(shí)際退化情況，仿真精度和速度不能兼顧的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)方案是：從電路仿真輸入文件中讀取設(shè)定的退化時(shí)間T及s個(gè)步長(zhǎng)；計(jì)算初始步長(zhǎng)時(shí)間t₀＝T/s,并將其賦值給各步長(zhǎng)；輸入器件退化模型函數(shù)，計(jì)算其隨時(shí)間的退化速率函數(shù)f(t)；通過(guò)器件退化函數(shù)在不同時(shí)刻的退化速率f(t)對(duì)s個(gè)值為t₀的步長(zhǎng)進(jìn)行放縮計(jì)算，得到一組動(dòng)態(tài)步長(zhǎng)；使用動(dòng)態(tài)步長(zhǎng)進(jìn)行電路可靠性仿真，得到電路特征指標(biāo)的退化結(jié)果。本發(fā)明提高了可靠性仿真精度，并通過(guò)設(shè)置仿真的步長(zhǎng)數(shù)量，使得可靠性仿真時(shí)間變得預(yù)算可控，可用于預(yù)測(cè)電路性能隨時(shí)間的退化關(guān)系及電路的壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電路的可靠性仿真方法，可用于預(yù)測(cè)電路性能隨時(shí)間的退化關(guān)系以及電路的壽命。

背景技術(shù)

隨著摩爾定律的不斷發(fā)展，目前器件尺寸越來(lái)越小，電路規(guī)模越來(lái)越大，這會(huì)帶來(lái)更嚴(yán)重的非理想效應(yīng)，比如熱載流子注入效應(yīng)HCI，偏置溫度不穩(wěn)定性BTI等，這些非理想效應(yīng)會(huì)使得器件的某些重要參數(shù)如閾值電壓隨著時(shí)間不斷退化，從而引起電路壽命降低。目前，為了考慮電路的壽命問(wèn)題，各大EDA廠商以及一些高校開始重視電路的可靠性仿真問(wèn)題，通過(guò)電路可靠性仿真，得到電路性能隨時(shí)間的退化關(guān)系以及電路的壽命。臺(tái)積電公司開發(fā)的針對(duì)于商用仿真工具的第三方模型接口TMI，其中一個(gè)功能就是為了將退化模型導(dǎo)入，從而能夠使得電路仿真過(guò)程中調(diào)用退化模型進(jìn)行可靠性仿真。

在電路可靠性仿真過(guò)程中，當(dāng)需要計(jì)算電路中某個(gè)器件的參數(shù)退化，如閾值電壓退化時(shí)，必須包括電路節(jié)點(diǎn)處存在的實(shí)際時(shí)變應(yīng)力。為此，大多數(shù)可靠性仿真器包括一些商用可靠性工具采用執(zhí)行瞬態(tài)仿真，并在很短的時(shí)間跨度，如瞬態(tài)仿真時(shí)間內(nèi)計(jì)算電路的老化，然后將結(jié)果外推到設(shè)定的老化時(shí)間T_age的方法。然而，電路偏置條件會(huì)因?yàn)槔匣鸬木w管性能退化而改變帶來(lái)較大的仿真誤差，所以為了考慮老化帶來(lái)的偏置條件的改變，可以將設(shè)定的老化時(shí)間T_age分隔為多個(gè)步長(zhǎng)時(shí)間h去計(jì)算，這樣通過(guò)每次步長(zhǎng)仿真更新一次電路偏置條件，就可實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確的電路退化量計(jì)算。

如圖1所示，最初的可靠性仿真方法是通過(guò)電路網(wǎng)表文件netlist讀取仿真所用參數(shù)，在瞬態(tài)仿真期間計(jì)算瞬態(tài)器件退化參數(shù)，然后進(jìn)行一次外推得到預(yù)定時(shí)間T_age的退化參數(shù),最后將退化參數(shù)映射回電路中，進(jìn)行電路后仿真，得到電路特征指標(biāo)在T_age的退化。該流程方法由于器件老化和電路對(duì)器件響應(yīng)的相互作用，使得電路偏置改變，從而影響器件的老化，如果采用一步外推計(jì)算，會(huì)忽略中間過(guò)程的退化，從而帶來(lái)較大的仿真誤差。

如圖2所示，考慮到器件退化而帶來(lái)的偏置條件的改變，將預(yù)定退化時(shí)間T_age分隔為多個(gè)相同的時(shí)間步長(zhǎng)h進(jìn)行仿真，即首先從電路網(wǎng)表文件netlist讀取仿真所用參數(shù)，進(jìn)行瞬態(tài)仿真得到瞬態(tài)退化參數(shù)，然后將瞬態(tài)退化參數(shù)外推到第一個(gè)步長(zhǎng)時(shí)間得到此步長(zhǎng)時(shí)間的退化參數(shù)，將退化參數(shù)映射到電路中，進(jìn)行下一個(gè)步長(zhǎng)的瞬態(tài)仿真加外推計(jì)算，直到仿真完所有步長(zhǎng)，得到T_age的退化參數(shù)，再將該退化參數(shù)映射到電路中，進(jìn)行電路后仿真，得到電路特征指標(biāo)在T_age的退化。該方案雖然考慮到了電路老化所帶來(lái)的偏置條件改變，但是分隔預(yù)定時(shí)間T_age的步長(zhǎng)h都是固定的步長(zhǎng)，這會(huì)帶來(lái)兩方面的問(wèn)題：

一是目前的退化模型理論證明，退化電路中器件參數(shù)的退化量會(huì)隨著退化時(shí)間的變長(zhǎng)而逐漸趨向于飽和，所以如果設(shè)置的步長(zhǎng)過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致在前期退化能得到較為精確的結(jié)果，但是在后期退化逐漸趨向飽和，會(huì)帶來(lái)無(wú)意義的仿真，從而造成仿真時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

二是如果設(shè)置的步長(zhǎng)過(guò)大，則在前期退化速度較快時(shí)，仍會(huì)造成因退化引起的偏置條件改變而帶來(lái)的仿真誤差，造成可靠性仿真準(zhǔn)確度不夠。