Моделирование динамических параметров КМОП логических элементов для синтеза цифровых интегральных схем

• Автор: Поляков, Денис Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Оглавление
Введение

. Литературный обзор

1.1. Развитие электронной промышленности и вычислительной

техники

1.2. Особенности применения микроэлектронных изделий в

автомобильной промышленности

1.3. Аналоговое и логическое моделирование

1.3.1. Логическое моделирование на основе связанных событий

1.3.2. Модельные представления задержки логического элемента

1.3.3. Ограничение применимости логического моделирования

1.3.4. Влияние линий связи
1.4. Динамические параметры логических элементов
1.4.1. Задержка логического элемента
1.4.2. Динамическая емкость
1.4.3. Параметры стабильности работы последовательных элементов
1.5. Методика измерений задержки на реальных кристаллах
1.6. Тестовые схемы верификации логического моделирования
1.7. Постановка задачи исследований
2. Методика оценки погрешности результатов логического моделирования
2.1. Смысл и назначение верификации
2.2. Методика оценки динамических параметров
2.3. Разработка тестовой схемы
2.3.1. Критерий верификации
2.3.2. Сравнение результатов аналогового и логического моделирования
2.4. Анализ метода определения динамических параметров с помощью тестовых схем.
2.5. Выводы
3. Разработка путей уменьшения погрешности логического моделирования
3.1. Анализ причин высокой погрешности
3.2. Методика определения порогового напряжения для расчета
задержки логического элемента
3.3. Влияние формы входного воздействия на задержку логического
элемента
3.4. Влияние нелинейности емкостной нагрузки
3.4.1. Определение характера емкостной нагрузки
3.4.2. Емкости межэлементных соединений
.
3.5. Разработка итоговой схемы измерения
3.6. Выводы
4. Программный комплекс для автоматизации расчета динамических параметров цифровых библиотек
4.1. Назначение и решаемые проблемы.
4.2. Входной язык для формирования заданий
4.3. Программное обеспечение
4.4. Комплекс программного обеспечения
4.4.1. Особенности комплекса программного обеспечения
4.4.2. Состав комплекса программного обеспечения
4.4.3. Принцип построения блока расчета динамического параметра
4.4.4. Особенности блоков расчета динамических параметров
4.5. Выводы
5. Практические результаты работы
5.1. Использование комплекса автоматического расчета при
разработке и оптимизации цифровых библиотек
5.2. Выводы
Заключение
Список литературы


Целью работы является разработка средств автоматизации расчета динамических параметров логических элементов, составляющих базу данных для синтеза цифровых блоков микросхем. Поэлементное сравнение задержек прохождения сигналов по критическому пути, рассчитанных методами аналогового моделирования, с результатами моделирования той же схемы на логическом уровне является надежным критерием оценки погрешности данных о задержках логических элементов в составе используемых библиотек. Замена традиционной линейной аппроксимации входных сигналов на приближенную к реальной нелинейную форму позволяет существенно снизить погрешность расчета задержек логических элементов. Использование при расчете динамических параметров отдельных элементов приближенной к реальности комбинированной формы представления нагрузочной емкости в виде суммы идеальной емкости проводников и нелинейных входных емкостей логических элементов дает возможность дополнительного уменьшения погрешности расчета задержек логических элементов. Автоматизация процесса подготовки библиотек для синтеза логических устройств позволили уменьшить число ошибок в библиотеках за счет исключения ручной работы при занесении расчетных данных в библиотеки. Использование предлагаемого программного обеспечения позволило уменьшить трудозатраты, необходимые для полного расчета всех необходимых динамических параметров одной библиотеки элементов с нескольких десятков дней работы группы специалистов до часов автономной работы одного компьютера. Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены при создании комплекса программ для расчета динамических параметров логических элементов и оптимизации библиотек для различных технологических процессов их изготовления, в процессе проектирования новых библиотек логических элементов по топологическим нормам 0. Санкт-Петербургском филиале фирмы «ELMOS Design Services BV». Апробация работы. Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, -гг. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии и методы их анализа», Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург, г. Микро- и нанотехнологии», Санкт-Петербург, г. Физика и технология микро- и наноструктур», Санкт-Петербург, г. Актуальные аспекты нанотехнологии», Санкт-Петербург, г. Нанотехнологии и нанодиагностика», Санкт-Петербург, г. Технология и дизайн микросхем» г. Дню радио, г. Санкт-Петербург, ,,гг. Публикации. По теме опубликованы 2 научные работы, из них - 1 статья, которая входит в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ и 1 работа в материалах молодежной школы. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, одного приложения и списка литературы, включающего наименования. Основная часть работы изложена на 7 страниц машинописного текста. Работа содержит рисунка и 8 таблиц. Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи диссертации. Сформулирована научная новизна, практическая значимость полученных в работе результатов и научные положения, выносимые на защиту. В первой главе представлен обзор литературы в области проектирования цифровых блоков микросхем средствами САПР. Проанализированы алгоритмы работы программных средств САПР. Проведен анализ тенденций развития требований систем САПР к параметрам цифровых библиотек и методов определения динамических параметров логических элементов. Показана взаимосвязь между отдельными составляющими комплекса программного обеспечения САПР и базой данных с динамическими параметрами логических элементов. На основании проведенного анализа литературы формулируются цель и задачи диссертационной работы. Вторая глава посвящена разработке критерия оценки погрешности расчета динамических параметров логических элементов. Показано, что расчет переходных процессов в логических элементах с использованием современных средств моделирования на аналоговом уровне дает достаточные по точности результаты и позволяет достоверно учесть влияние параметров используемых в схеме транзисторов, а также вклад паразитных элементов - сопротивления и паразитной емкости диффузионных областей и соединительных проводников.