融合温度分布的电路时序长期可靠性分析系统及方法

文档序号:26007356发布日期:2021-07-23 21:26阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种融合温度分布的电路长期可靠性时序分析系统,其特征在于,包括:

电路逻辑仿真模块,根据初始阈值电压和初始仿真温度,或者电路分析条件刷新模块刷新后的当前各晶体管的阈值电压和当前工作温度,对电路进行逻辑仿真,并将逻辑仿真结果传输给温度分布估算模块和晶体管阈值电压计算模块;

元器件位置信息获取模块,用于获取电路的元器件位置信息,并将所述元器件位置信息传输给温度分布估算模块;

温度分布估算模块,根据电路逻辑仿真模块得到的电路逻辑仿真结果结合电路的元器件位置信息估算电路的温度分布,并将其传输给电路时序分析模块、电路分析条件刷新模块和晶体管阈值电压计算模块;

晶体管阈值电压计算模块,根据电路逻辑仿真模块得到的电路的逻辑仿真结果结合电路的温度分布计算各晶体管新的阈值电压,并将其传输给电路时序分析模块和电路分析条件刷新模块;

电路时序分析模块,根据晶体管阈值电压计算模块得到的当前各晶体管的阈值电压和温度分布估算模块得到的当前工作温度对电路进行时序分析,并将时序分析结果传输给循环控制模块;

电路分析条件刷新模块,根据温度分布估算模块得到的工作温度和晶体管阈值电压计算模块得到的晶体管阈值电压刷新各晶体管的阈值电压和工作温度;

循环控制模块,用于重复执行上述过程,直至达到预定的分析次数。

2.根据权利要求1所述的电路长期可靠性时序分析系统,其特征在于,所述元器件位置信息获取模块从电路的物理版图数据中获取电路的元器件位置信息,或基于物理虚拟原型技术估算出电路中元器件的位置信息。

3.根据权利要求1所述的电路长期可靠性时序分析系统,其特征在于,所述温度分布估算模块包括:

功耗估算子模块,根据电路逻辑仿真结果计算电路中各元器件和连线的功耗;

热源设置子模块,以电路中各元器件和连线的平均功耗和元器件位置信息在芯片内设置热源;

热分析子模块,对芯片进行三维热分析,获得热分布数据;

元器件温度获取子模块,根据三维热分析获得的热分布数据和元器件的位置获取各元器件所在位置处的温度。

4.根据权利要求1所述的电路长期可靠性时序分析系统,其特征在于,所述电路长期可靠性时序分析系统还包括:

电路温度分布预测模块,根据逻辑仿真模块的若干逻辑仿真和电路温度分布估算模块对各次仿真所对应的电路温度分布估算所得电路温度分布进行模型拟合,以此模型直接计算未来若干次逻辑仿真后电路温度分布;

晶体管阈值电压预测模块,根据逻辑仿真模块的若干逻辑仿真和晶体管阈值电压计算模块对各次仿真所对应的晶体管阈值电压计算所得晶体管的阈值电压值进行模型拟合,以此模型直接计算未来若干次逻辑仿真后晶体管的阈值电压值。

实际仿真和模型预测选通控制模块,控制选通逻辑仿真模块、电路温度分布估算模块、晶体管阈值电压计算模块,还是选通电路温度分布预测模块、晶体管阈值电压预测模块;

作为优选,所述实际仿真和模型预测选通控制模块包括:

第一计数器子模块,对连续选通逻辑仿真模块、电路温度分布估算模块、晶体管阈值电压计算模块的次数进行计数;

第二计数器子模块,对连续选通电路温度分布预测模块、晶体管阈值电压预测模块替代逻辑仿真模块、电路温度分布估算模块、晶体管阈值电压计算模块的次数进行计数;

第一计数比较子模块,比较第一计数器的计数值和第一指定次数,在第一计数器的计数值等于第一指定次数时,选通电路温度分布预测模块、晶体管阈值电压预测模块;

第二计数比较子模块,比较第二计数器的计数值和第二指定次数,在第二计数器的计数值等于第二指定次数时,对第二计数器复位,并选通逻辑仿真模块、电路温度分布估算模块、晶体管阈值电压计算模块。

5.一种采用如权利要求1-4所述的电路长期可靠性时序分析系统进行的电路长期可靠性时序分析方法,其特征在于,包括以下步骤:

设置各器件的初始工作温度;

根据当前各晶体管的阈值电压和工作温度对电路进行逻辑仿真;

根据电路逻辑仿真结果结合电路的元器件位置信息估算电路的温度分布;

根据电路的逻辑仿真结果结合电路的温度分布计算各晶体管新的阈值电压;

刷新各晶体管的阈值电压和工作温度;

确定电路时序分析中各器件所对应的阈值电压和工作温度;

根据所确定的各晶体管的阈值电压和工作温度对电路进行时序分析;

重复上述过程,直至达到预定的分析次数或发现电路时序长期可靠性问题;

作为优选,所述电路的元器件位置信息能够从电路的物理版图数据中获取,或基于物理虚拟原型技术估算出电路中元器件的位置信息。

6.根据权利要求5所述的电路长期可靠性时序分析方法,其特征在于,所述根据电路逻辑仿真结果结合电路的元器件位置信息估算电路的温度分布,包括以下子步骤:

根据电路逻辑仿真结果计算电路中各元器件和连线的功耗;

以电路中各元器件和连线的平均功耗和元器件位置信息在芯片内设置热源;

对芯片进行三维热分析,获得热分布数据;

根据三维热分析获得的热分布数据和元器件的位置信息获取各元器件所在位置处的温度。

7.根据权利要求5所述的电路长期可靠性时序分析方法,其特征在于,所述根据电路的逻辑仿真结果结合电路的温度分布计算各晶体管新的阈值电压的步骤中,包括以下子步骤:

根据电路的逻辑仿真结果计算电路中各器件的有效受压时间;

根据器件的有效受压时间计算器件的阈值电压因栅偏置温度不稳定性效应的漂移量;

根据器件所在位置的温度和仿真时间长度计算阈值电压因热载流子注入效应的漂移量;

根据阈值电压因栅偏置温度不稳定性效应的漂移量和因热载流子注入效应的漂移量计算总的漂移量,从而得到新的阈值电压。

8.根据权利要求5所述的电路长期可靠性时序分析方法,其特征在于,所述确定电路时序分析中各器件所对应的阈值电压和工作温度的步骤中:

设置各器件所对应的阈值电压和工作温度为本次时序分析各器件所对应的初始阈值电压和工作温度,或

设置各器件所对应的阈值电压和工作温度为本次时序分析前逻辑仿真之后所确定的各器件的阈值电压和工作温度,或

设置各器件所对应的阈值电压和工作温度为根据本次时序分析前逻辑仿真之前所确定的各器件的阈值电压和工作温度与本次时序分析前逻辑仿真之后所确定的各器件的阈值电压和工作温度所确定的中间值。

9.根据权利要求5所述的电路长期可靠性时序分析方法,其特征在于,所述根据所确定的各晶体管阈值电压和工作温度对电路进行时序分析为根据电路单元实体中各晶体管阈值电压和工作温度获得对应的特征化数据用于时序分析。

10.根据权利要求5所述的电路长期可靠性时序分析方法,其特征在于,所述电路长期可靠性时序分析方法还包括以下步骤:

进行电路温度分布预测,根据若干逻辑仿真和各次仿真所对应的电路温度分布估算所得电路温度分布进行模型拟合,以此模型直接计算未来若干次逻辑仿真后电路温度分布;

进行晶体管阈值电压预测,根据若干逻辑仿真和各次仿真所对应的晶体管阈值电压计算所得晶体管的阈值电压值进行模型拟合,以此模型直接计算未来若干次逻辑仿真后晶体管阈值电压值;

作为优选,所述逻辑仿真、电路温度分布估算、晶体管阈值电压计算与电路温度分布预测、晶体管阈值电压预测能够交替进行受控于实际仿真和模型预测选通机制,所述机制包括以下步骤:

初始第一指定次数的电路长期可靠性分析采用逻辑仿真、电路温度分布估算、晶体管阈值电压计算;

在初始第一指定次数之后采用逻辑仿真、电路温度分布估算、晶体管阈值电压计算与电路温度分布预测、晶体管阈值电压预测能够交替进;

连续采用电路温度分布预测、晶体管阈值电压预测的次数不超过第二指定次数。


技术总结
一种融合温度分布的电路长期可靠性时序分析系统,包括:电路逻辑仿真模块、元器件位置信息获取模块、温度分布估算模块、晶体管阈值电压计算模块、电路时序分析模块、电路分析条件刷新模块和循环控制模块。本发明通过融合温度分布的电路时序长期可靠性分析系统及方法通过在电路设计寿命期内进行时序分析,从而实现了比较全面发现电路设计的可靠性问题,同时考虑了温度对各器件老化的影响。

技术研发人员:吴玉平;陈岚;张学连
受保护的技术使用者:中国科学院微电子研究所
技术研发日:2020.01.07
技术公布日:2021.07.23
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