Главная » 2014 » Июль » 18 » Скачать Оценка точности моделей задержек фрагментов субмикронных МОП БИС. Садовая, Ирина Михайловна бесплатно
10:36 PM
Скачать Оценка точности моделей задержек фрагментов субмикронных МОП БИС. Садовая, Ирина Михайловна бесплатно
Оценка точности моделей задержек фрагментов субмикронных МОП БИС
Диссертация
Автор: Садовая, Ирина Михайловна
Название: Оценка точности моделей задержек фрагментов субмикронных МОП БИС
Справка: Садовая, Ирина Михайловна. Оценка точности моделей задержек фрагментов субмикронных МОП БИС : диссертация кандидата технических наук : 05.13.05 Санкт-Петербург, 2004 237 c. : 61 04-5/3269
Объем: 237 стр.
Информация: Санкт-Петербург, 2004
Содержание:
список СИМВОЛОВ список СОКРАЩЕНИЙ
1 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЧНОСТИ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ О Ц Е Н К И ЗАДЕРЖКИ
11 Характеристики МОП-структур
12 Методологические основы сопоставления SPICE-расчетов и формульных моделей
13 Изменение SPICE-параметров при переходе к субмикронным технологиям
14 Оценка адекватности формульных моделей
15 Выводы по главе
2 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ОЦЕНОК ЗАДЕРЖЕК МОП-СХЕМ
21 Определение временных границ и физических предпосылок оценки задержки
22 Оценка времени задержки при нарастании выходного сигнала
23 Оценка времени задержки при спаде выходного сигнала
24 Выводы по главе ЗАППРОКСИМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ЗАДЕРЖКИ
31 Метод интегрирования при определении времени задержки (метод Веста)
311 Определение времени спада выходного сигнала
312 Определение времени нарастания выходного сигнала
313 Определение времени задержки
32 Метод среднего тока (метод Авержне)
33, Результаты сопоставления аналитических оценок задержек с моделированием по программе SPICE
34 Выводы по главе
4 ЭМПИРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ЗАДЕРЖКИ
41 Концепция виртуальных сопротивлений
411, Определение виртуальных сопротивлений
412 Определение диапазона изменения нагрузочной емкости ЛЭ
42 Методологические аспекты использования виртуальных сопротивлений
421 Построение эквивалентной схемы, конструирование формулы определения задержки
422 Особенности сопоставления оценок задержек RC-модели и результатов SPICE-моделирования
423 Оценка точности расчета задержки по процедуре, использующей виртуальные сопротивления ПО
43 Проблема последовательно соединенных МОП-транзисторов
431 Зависимость задержки от расположения управляющего входа при последовательном соединении МОП-транзисторов
432 Зависимость точности модели от значения коэффициента формы транзистора
44 Расчет древовидных RC-схем, задержка по Элмору
45 Выводы по главе
5 МЕТОДЫ УЧЕТА ПАРАМЕТРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ТОЧНОСТЬ ОЦЕНОК ЗАДЕРЖЕК
51 Аппроксимационный подход при учете формы входного воздействия
511 Зависимость задержки инвертора от времени нарастания (спада) на входе по методу Хенстьерна и Джипсона
512 Метод з^ета влияния на задержку ЛЭ выходного сигнала предыдущего каскада (метод фирмы XEROX)
513 Аппроксимация времени задержки через учет входной и выходной емкостей ЛЭ
52 Эмпирический подход при учете формы входного воздействия
521 Определение виртуальных сопротивлений в наклонной модели Пенфильда-Рубинштейна
522 Интерполяционная распределенная модель учета фронтов
53 Расчет задержки КГ, оценка точности частоты генерации при различных моделях
54 Метод расширения области применения аналитических моделей оценок задержек
55 Точность аналитических моделей оценки задержки при учете длительности входного воздействия
56 Оптимизационные достоинства виртуальных сопротивлений Трассировка пути распространения сигнала
57 Выводы по главе
Введение:
Актуальность проблемы. В современных интегрированных системах, поддерживающих процесс проектирования ИС, значительное место занимают подсистемы временной верификации, позволяющие на уровне схемотехнического этапа проверить» временные диаграммы функционирования ИС. Задача временной верификации (timing verification) формально может быть решена средствами схемотехнического моделирования (timing simulation), например с помощью программы SPICE, однако, практически изза громоздкости и очень больших. затрат машинного времени (даже с учетом высокого быстродействия современных компьютеров) средствам моделирования в цикле проектирования БИС отводят самостоятельную роль инструмента для прецизионных расчетов, к которым прибегают лишь при крайней необходимости. Собственно задачу оценки задержек (timing analysis) считается целесообразным решать на базе формульных моделей (closed form equation), обеспечивающих оперативность в получении результатов расчетов* Процесс конструирования моделей для оценок задержек фрагментов МОП БИС измеряется по длительности уже; десятилетиями. Формально родоначальниками можно считать Карвера Мида и Линн Конвей, предложивших еще в 1975 году упрощенный оценочный подход, именуемый в западной литературе термином «т-модель». Впоследствии десятки исследователей продолжили усилия в этой области. Характерным является, однако, тот факт, что количество работ в этой области со временем не сокращается, что свидетельствует о том, что запросы практики, в основном связанные с переходом к субмикронным технологиям, оказываются не до конца удовлетворенными до сих пор. Сформулируем ряд положений, вытекающих из оценки предшествующих работ.1. Формулы для оценки задержек аппроксимируют результаты SPICEИ моделирования, позволяя использовать более экономичные в вычислительном отношении средства, однако эти формулы продолжают оставаться моделями физической реальности, а потому обладают определенной точностью по отношению к этой реальности.2. Проблема оценки точности по отношению к реальности требует дорогостоящих и длительных технологических экспериментов. Для упрощения ситуации де-факто в области конструирования моделей сформировался; прием, согласно которому точность формульных моделей оценивают по отношению к аппроксимируемому объекту. Последними выступают результаты SPICE-моделирования. При таком подходе предполагается, что SPICE-моделирование подбором модельных параметров можно сделать сколь угодно точным в описании физической реальности.Следует отметить, что и разработчики SPICE-моделей согласны с подобной установкой, возлагая на себя все дорогостоящие проблемы, связанные с оценкой адекватности моделей. В целом это представляется достаточно логичным, так как процесс конструирования моделей, учитывающих физические эффекты субмикронных технологий, также длителен и дорог и требует глубокого проникновения в тонкости технологических процессов.3. Упростив задачу, разработчики формульных моделей заменяют оценку их точности по отношению к физической реальности оценкой точности по отношению к SPICE-моделям. Для того, чтобы явно подчеркнуть этот де-факто сложившийся постулат и избежать терминологической путаницы, мы предлагаем термин «модельная точность», вместо просто «точность», когда речь идет о моделях для целей временной верификации.4. Оценки модельной точности показывают их крайне высокую чувствительность к значениям набора технологических параметров, которые закладываются (числом от 20 до 75) в SPICE-модель. Этот факт, повидимому, и объясняет, что процесс конструирования новых формул не прекращается. С течением времени имеет место устойчивое смещение значений технологических параметров (это очевидно, так как происходит переход к субмикронным технологиям), и благодаря ему, ранее устраивавшие по модельной точности формулы перестают хорошо работать.Дело не в том, что прошлые модели плохи, просто происходит выход за область их применимости.Таким образом, несмотря на наблюдаемое разнообразие отдельных подходов, в известных нам источниках отсутствуют работы, в которых комплексно исследовался бы феномен модельной точности. Более того, можно утверждать о существующей недооценке этого феномена. В западной литературе сложилась порочная практика, когда в подтверждение адекватности формулы приводится сопоставление со SPICEмоделированием, однако перечень технологических констант SPICE-моделей либо отсутствует, либо приводится не полностью. Наши многочисленные попытки простого повторения результатов западных авторов оказались невозможными из-за отсутствия требуемых SPICE-параметров.Цель и задачи диссертационной работы. Целью настоящей работы является исследование модельной точности существующих формульных оценок задержек фрагментов МОП БИС при контролируемой вариации технологических констант, закладываемых в аппроксимируемые SPICEмодели, причем границы вариации охватывают значения соответствующие современным субмикронным технологиям.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Классификация и сравнительный анализ существующих формульных оценок задержек. Воспроизведение методик оценки задержек, предложенных в отечественных и зарубежных работах. Выявление базовых методик по наличие принципиальных подходов к процедуре оценки задержек.2. Исследование особенностей объекта аппроксимации - SPICEiHrit результатов расчета задержек. Разработка методики сопоставления SPICEрасчетов и формульных оценок.3. Формирование представительных зон вариации исходных данных в пространстве электрофизических SPICE-параметров, отражаюпщх тенденции движения к субмикронным технологиям. Определение основных параметров, влияющих на точность оценок.4. Проведение массовых SPICE-расчетов для объективной оценки точности существующих методик оценки задержек. Определение области применения формульных методик.5. Формирование рекомендаций по повыщению точности оценок задержек в зонах изменения электрофизических параметров, соответствующих современным субмикронным технологиям.Методы исследования. Результаты; исследований, включенных в диссертационную работу, базируются на методах системного анализа, теории электрических цепей, теории погрешностей, теории МОП-схем, а также на накопленном опыте и; результатах в области проектирования топологии фрагментов цифровых БИС, полученных при выполнении НИР в ЛКТБ ЛОЭП «Светлана» (г.Санкт-Петербург). Для анализа точности оценок задержек использовался пакет программ схемотехнического моделирования SPICE.Научная новизна заключается в определении модельной точности существующих формульных оценок для задержек фрагментов МОП БИС при контролируемой вариации технологических констант, включая область современных субмикронных технологий. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: 1. Проведен сравнительный анализ формульных оценок задержек, определены основные подходы к построению модели задержки. Выполнена классификация методов оценок задержек (до настоящего времени она не была проведена в литературе). ^ • 2. Разработана методика сравнения формульных моделей с результатами моделирования по программе SPICE.3. Введено понятие «модельная точность». Получены численные оценки модельной точности.4. Выявлено существование неперекрывающихся областей применимости (с позиций заданной точности) известных методик в пространстве электрофизических SPICE-параметров.5. Предложены рекомендации по повышению точности методов оценки задержки, закладываемых в программы временной верификации для цифровых схем.Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что в результате исследования модельной точности предложены способы практического повышения точности оценок задержек и адаптации моделей к современным субмикронным технологиям для применения в подсистемах временной верификации САПР БИС. Использование формульных методов: оценки задержек позволяет значительно повысить эффективность временной верификации при сохранении допустимой точности расчета временных параметров цифровых схем.Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены и используются: - на АОЗТ «Биоэлектроника» (г. Санкт-Петербург) в рамках НИОКР №2111р/4162 «Разработка системы символьного проектирования топологии больших интегральных схем (БИС) в КМОП технологии» при разработке библиотеки стандартных фрагментов в части, касающейся повышения точности оценки задержек элементов библиотеки; - на ФГУП «НИИ командных приборов» (г.Санкт-Петербург) при выполнении ОКР «Гироскоп» в рамках проекта «Высокоточное управление двигателем-маховиком с цифровой обработкой информации для систем ориентации космических аппаратов» при разработке электронного блока управления на этапе моделирования фрагментов электрических схем в виде методик расчета временных параметров МОП БИС и сопоставления результатов схемотехнического моделирования и аналитических моделей.Научные результаты внедрены в учебный процесс СанктПетербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по направлению 654600 «Информатика и вычислительная техника» по специальности 220100 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» в рамках учебной дисциплины «Конструкторско-технологические основы производства ЭВМ».Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается актами о внедрении.Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4-й Международной конференции «Автоматизация проектирования дискретных систем», Минск, 2001 г.Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, из них - одна статья, шесть депонированных рукописей в ВИНИТИ и тезисы к одному докладу на международной научно-технической конференции.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 188 наименований, и б приложений. Основная часть работы изложена на 159 страницах машинописного текста. Работа содержит 36 таблиц и 47 рисунков.