一种基于cad蒙特卡洛分析的电路成品率估算方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于计算机辅助设计（CAD）蒙特卡洛分析的电路成品率估算方法。步骤包括：确定所分析电子线路或集成电路的拓扑结构、电路的性能参数指标范围、关键元器件参数及元器件参数的统计分布规律；建立电路性能参数与元件参数标称值之间的代理模型来近似电路；依据电路元件参数分布规律，产生电路蒙特卡洛分析的随机抽样组合序列；利用电路性能参数的代理模型对随机抽样组合序列进行预测，得到电路性能参数预测值及每个性能参数预测值的置信区间范围；对电路性能参数预测值修正计算；将性能参数预测值代入性能参数指标规范范围进行统计分析，计算电路性能参数的成品率；本发明时间成本开销低、电路仿真次数少、分析效率高、估算成品率准确性高。
【专利说明】—种基于CAD蒙特卡洛分析的电路成品率估算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子电路及集成电路计算机辅助设计【技术领域】，尤其涉及一种基于计算机辅助设计(CAD)蒙特卡洛分析的电路成品率估算方法。
【背景技术】
[0002]由于制造工艺和使用条件的原因，任何电子电路中元器件都不可避免地受到随机扰动因素的影响，从而使实际电路中元器件参数与设计目标值之间存在随机误差，从而导致实际电子电路中元器件参数的实际数值不一定等于其标称值，而只是其标称值容差范围内的一个随机数值。而在实际的电子线路设计过程中往往都是采用元器件参数的标称值进行分析和设计，因此设计的电路和实际生产制造出的电路性能之间必然存在着差别。另外，电子产品在使用的过程中随着使用时间的增加和环境温度的变化，也会使这种差别扩大，在严重情况下，这种偏差可能达到影响电子产品的正常使用的程度，从而造成电路的失效。因此在电子线路、集成电路设计中需要考虑元件容差对电路性能的影响。
[0003]现代电路、集成电路设计主要依靠计算机辅助设计技术实现，电路设计者应用计算机辅助设计软件进行各种分析与仿真。其中容差分析就是在给定电路元器件参数容差范围的条件下，计算元器件参数变化对性能的影响。而在电子电路与集成电路的可靠性设计中，蒙特卡洛分析是计算机辅助设计软件中电路进行容差分析主要方法之一。
[0004]蒙特卡洛分析是一种基于概率统计仿真的方法，它是在给定电路元器件的参数容差所服从的统计分布规律下，用一组伪随机数，求得元器件参数的实际抽样序列，从而在不同的器件参数的随机抽样序列下进行电路特性仿真，并通过多次分析结果的综合统计分析，得到电路特性的分布规律，包括电路的成品率。因此，在电子线路、集成电路设计中考虑元器件容差对电路性能影响，需要对电路进行蒙特卡洛分析，分析电路制造成品率，进而进行电路设计优化以改善电路在特定生产线中的成品率，。
[0005]常规CAD中基于蒙特卡洛分析的电路成品率估算的基本步骤如下:
[0006](I)给出电子电路的拓扑结构、元器件参数及元器件参数的统计分布规律；
[0007](2)产生均匀分布的伪随机数抽样序列；
[0008](3)由均匀分布的伪随机数抽样序列，建立电子电路元器件参数所指定分布的随机抽样序列；
[0009](4)用电路模拟工具对N组随机抽样的电路元器件参数所构成的电路依次进行模拟；
[0010](5)对模拟结果进行统计分析，计算出电路性能参数的统计规律，以及电路的成品率。
[0011]传统电路的蒙特卡洛分析方法，关键目标是统计计算在元器件容差范围内，电路的成品率，这是电路可靠性设计关键指标。常规蒙特卡洛分析中，需要完成多组仿真，每一次迭代都需要进行一次电路模拟。随着电路规模增大、元器件增多、模拟次数增加，仿真的时间成本越来越大。因此电路设计中传统的蒙特卡洛(MC)分析其电路仿真次数多、耗时长。从提高电路模拟仿真效率的角度考虑，需要找到一种方法，在不牺牲精度的前提下用更少的电路仿真次数完成电路的蒙特卡洛分析，估算电路成品率。
[0012]为了减少依靠蒙特卡洛分析估算成品率中电路模拟花费的时间成本，一种建立电路性能参数的代理模型(近似模型)，然后利用该代理电路模型计算代替实际电路仿真进行蒙特卡洛分析方法被提出。由于电路代理模型建立电路目标参数与元件参数之间的近似关系，并且模型形式简单，计算与仿真的时间成本较实际电路仿真低，因此能够有效提高电路蒙特卡洛分析效率。但是由于电路代理模型计算结果与电路模拟结果存在近似误差，完全基于代理模型的蒙特卡洛分析结果与实际蒙特卡洛分析结果往往存在较大误差，从而影响了电路成品率估算精度。
[0013]综上，完全基于实际电路模拟以及完全基于电路代理模型蒙特卡洛分析的成品率估算方法分别存在如下缺点:
[0014]1.基于实际电路模拟的传统的集成电路蒙特卡洛分析，电路仿真次数多、仿真成本高，随着集成电路规模日益增大、电路日益复杂，其时间成本已经无法承受；
[0015]2.完全基于电路代理模型的蒙特卡洛分析，受代理模型的预测能力限制，分析结果可能存在一定误差，有时其误差较大，其成品率估算误差较大。
【发明内容】
[0016]本发明提供了一种基于计算机辅助设计的电路蒙特卡洛分析方法，旨在解决基于实际电路模拟的传统电路蒙特卡洛分析，电路仿真次数多、仿真成本高，随着电路规模日益增大、电路日益复杂，时间成本已经无法承受，以及完全基于电路代理模型的蒙特卡洛分析，受代理模型的预测能力限制，分析结果存在一定误差，有时误差较大，影响电路的成品率分析的问题。
[0017]本发明的目的在于提供一种基于CAD中蒙特卡洛分析的成品率估算方法，该成品率估算方法包括:
[0018]步骤一,确定所分析电子电路的拓扑结构、电路的性能参数指标范围、关键元件参数及元件参数的统计分布规律；
[0019]步骤二，利用试验设计方法，在电路元件变化空间范围内建立电路性能参数与元件参数标称值之间的代理模型来近似电路；
[0020]步骤三，依据电路元件参数分布规律，产生电路蒙特卡洛分析的随机抽样组合序列；
[0021]步骤四，利用电路性能参数的代理模型对随机抽样组合序列进行预测，得到电路性能参数预测值及其置信区间；
[0022]步骤五，将基于代理模型得到的电路性能参数预测值的置信区间与性能参数指标规范进行比较，对可能存在较大预测误差的电路性能参数预测值进行修正计算；
[0023]步骤六，按照步骤五得到的性能参数预测值或电路仿真值，代入性能参数指标规范进行统计分析，计算电路性能参数的设计成品率。
[0024]进一步，步骤二中，利用试验设计方法，在电路元件变化空间范围内建立电路性能参数与元件参数标称值之间的近似模型来近似电路时，可采用充满空间的统计抽样与Kriging建模方法建立电路的Kriging模型,如式:F=f (x),其中x为n维列向量，n等于元件参数个数。
[0025]进一步，步骤三中，依据电路元件参数分布规律，产生电路蒙特卡洛分析的随机抽样组合序列X，形式如下:
[0026]
【权利要求】
1.一种基于计算机辅助设计蒙特卡洛分析的电路成品率估算方法，其特征在于，该电路成品率估算方法包括: 步骤一，确定所分析电子电路的拓扑结构、电路的性能参数指标范围、关键元件参数及元件参数的统计分布规律； 步骤二，利用试验设计方法，在电路元件变化空间范围内建立电路性能参数与元件参数标称值之间的代理模型来近似电路； 步骤三，依据电路元件参数分布规律，产生电路蒙特卡洛分析的随机抽样组合序列；步骤四，利用电路性能参数的代理模型对随机抽样组合序列进行预测，得到电路性能参数预测值及其置信区间； 步骤五，将基于代理模型得到的电路性能参数预测值的置信区间与性能参数指标规范进行比较，对可能存在较大预测误差的电路性能参数预测值进行修正计算； 步骤六，按照步骤五得到的性能参数预测值或电路仿真值，代入性能参数指标规范进行统计分析，计算电路性能参数的设计成品率。
2.如权利要求1所述的电路成品率估算方法，其特征在于，步骤二中，利用试验设计方法，在电路元件变化空间范围内建立电路性能参数与元件参数标称值之间的近似模型来近似电路时，可采用充满空间的统计抽样与Kriging建模方法建立电路的Kriging模型。
3.如权利要求1所述的电路成品率估算方法，其特征在于，步骤三中，依据电路元件参数分布规律，产生电路蒙特卡洛分析的随机抽样组合序列X，形式如下: X=Ll1 I2 …U 其中m等于蒙特卡罗抽样次数，I ,为n维列向量，值为元件参数值。`
4.如权利要求1所述的电路成品率估算方法，其特征在于，步骤四中，利用电路性能参数的代理模型F=f(x)对随机抽样组合序列X进行预测，得到基于代理模型计算得到电路性能参数值Y，形式如下:
Y= [yi I2...ym]T=f ( ^ I ^ 2...^m) 以及每个性能参数预测值的置信区间范围:
Low= [1w1 1w2 … 1w111]1
Up=Lup1 UP2...upm]T 其中Low表示置信区间下限，Up表示置信区间上限。
5.如权利要求1所述的电路成品率估算方法，其特征在于，步骤五中，将基于代理模型得到电路性能参数值的置信区间与性能参数指标规范进行比较，对电路性能参数值进行修正计算时，如果参数指标范围[low，up]不完全包含参数值的置信区间，如下式
(lowi<low<upi) or (lowi<up<upi) 那么需要将I i代入电路仿真中重新计算Yi替代Kriging元模型对应的预测值Ji,并保存到Y中；如果参数指标范围[low，up]完全包含参数值的置信区间，或者完全不包含[1wi, UPi],如下式:
(low<lowi<up<upi) or (up^low) or (Up(1wi) 那么以[loWi，uPi]对应的yi作为计算成品率的参数性能值。
6.如权利要求1所述的电路成品率估算方法，其特征在于，步骤六中，按照步骤五得到的性能参数，代入性能参数指标规范范围进行统计分析，计算电路性能参数的成品率时，即按照步骤五得到的性能参数Y，代入性能参数指标规范范围[low，up]统计分析，计算电路性能参数的成品率。`
【文档编号】G06F17/50GK103559369SQ201310577280
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年9月14日
【发明者】游海龙, 贾新章, 顾铠, 张潇哲 申请人:西安电子科技大学