可編程邏輯電路設(shè)計之寄生參數(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)對版圖互連線及器件的寄生參數(shù)進行提取，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)對時延、功耗及電路信號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)計流程中，寄生參數(shù)提取已成為必不可少的一個環(huán)節(jié)。

寄生參數(shù)的提取通常有兩類方法：精確計算方法和快速模型方法。精確計算方法精度高，但其速度較慢，所以常用于規(guī)模較小但對精度要求較高的應用，例如工藝分析、標準單元建庫，射頻電路分析等。快速模型方法相比精確計算方法精度較差，但由于其速度快上千倍，因此被廣泛應用于全芯片級的寄生參數(shù)提取。

1.精確計算方法

精確計算方法，也稱為場求解器（Field Solver）法，通過求解電磁場方程得到精確的場分布，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算方法類似，這里以寄生電容計算方法為例說明。

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

常用的數(shù)值計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。

邊界元素法對三維區(qū)域的二維邊界進行離散，通過加權(quán)余量法并應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，同時應用邊界條件將離散積分方程轉(zhuǎn)換成線性代數(shù)方程組進行求解。

有限元法直接對三維區(qū)域進行離散，利用變分原理將拉普拉斯方程化為求解泛函的極值問題，使得每個子區(qū)域的誤差函數(shù)達到最小值，將積分方程轉(zhuǎn)換成線性方程組進行求解。

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三維模型。由于準三維模型法考慮了三維結(jié)構(gòu)的特點，其計算結(jié)果較二維模型法準確，所以廣泛應用于大規(guī)模版圖寄生參數(shù)提取工具中。

仍以寄生電容計算為例，準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，分別考慮它們對總電容的影響，如圖5-116所示。每項電容通過建立查表模型或者解析公式模型進行計算。

快速模型方法需預先通過精確計算方法對典型圖形形狀進行計算建立模型數(shù)據(jù)庫，根據(jù)版圖模式匹配（Pattern Match）方法對所計算版圖圖形產(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)日趨復雜，對寄生參數(shù)提取提出了更高的要求。同時，電路規(guī)模日益龐大對于寄生參數(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)相當復雜，必須考慮多種因素組合才能得到較好的計算精度。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，對寄生參數(shù)提取工具也提出了新的挑戰(zhàn)。

審核編輯 ：李倩