【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种数字集成电路标准单元开关电流自动化拟合方法及系统，属于eda算法与器件模型。
技术介绍
1、功耗分析和电压降(ir drop)分析是数字集成电路设计后端工作中的重要步骤。功耗分析包括分析电路的静态功耗、内部功耗和开关功耗，ir drop分析是检查电路中的标准单元能否获得正常的供电电压。功耗过高会导致芯片温度升高，降低芯片的稳定性和使用寿命；ir drop过大会导致芯片的时序违例，使芯片失效，因此功耗分析和ir drop分析在电路设计中不可或缺。
2、主流的签核(signoff)工具支持静态仿真和动态仿真两种分析模式。静态仿真模式下，用户指定芯片输入引脚的翻转率、芯片的工作频率等参数，eda分析工具根据传播算法计算每个实例(instance)的翻转率并从时序库(liberty)文件中读取功耗信息。根据功耗信息计算每个instance的平均电流，将其等效为恒定电流源，代替电源网络中的instance。根据基尔霍夫电压电流定律，建立电源网络的矩阵方程并求解节点电压，即可得到全芯片电源网络在稳态下的ir drop。动态仿真模式中，eda分析工具需要根据前端设计产生的仿真波形文件匹配每个instance的翻转情况，并将每个instance等效为电流源，代替电源网络中的instance。对电源网络建立矩阵方程，求解节点的瞬态电压变化，即可得到全芯片电源网络的动态ir drop。因此，在动态仿真模式中，分析工具对每个instance等效电流源的准确性至关重要。分析工具提供的电流波形越接近instance的实际电流
3、目前，在动态仿真过程中，eda分析工具首先根据仿真波形文件中的信息，计算出信号翻转时每个instance所产生的能量，再将能量均匀地分配到一段时间内。在instance信号未发生翻转的时间里，功耗波形只记录泄露功耗，数值较低；在instance信号发生翻转的时间里，功耗波形不仅记录泄露功耗，还记录内部功耗和开关功耗，数值较高。因此，这样通过等效得到的功耗波形与instance真实翻转下的功耗波形有一定的差距，导致最终的仿真结果难以反映芯片真实的动态ir drop情况。而在动态仿真过程中采用晶体管级的仿真，虽然能够提供高精度的仿真结果，但是会使仿真时间大大加长。因此需要一种标准单元开关电流的计算方法，在不增加时间成本的基础上，使计算动态ir drop过程中得到的电源网络上的电压波形更加贴近芯片真实工作情况，进而提高最终仿真结果的准确度。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法。本专利技术以主流的eda分析工具对晶体管级的标准单元开关电流的仿真结果为对象，进行分析并建模。使用一个自变量为时间、输入引脚转换时间和负载电容的通用电流公式对仿真结果进行表达。signoff工具在进行动态仿真时直接调用标准单元的电流公式即可得到开关电流的大小。
2、本专利技术还提出了一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合系统。
3、术语解释：
4、1、eda：电子设计自动化(electronic design automation)。
5、2、signoff：数字集成电路设计后端中signoff，是指将设计数据交给芯片制造厂商生产之前，对设计数据进行复检，确认设计数据达到交付标准，这些检查和确认统称为signoff。
6、3、输入引脚转换时间：(transition time)输入端引脚从低电平上升为高电平或从高电平下降为低电平所用时间。
7、4、输出负载电容：输出端引脚驱动的电容，通常由标准单元输出引脚的寄生电容、输出引脚所连线网寄生电容和被驱动门单元的输入引脚寄生电容三部分组成。
8、5、spice仿真器：spice(simulation program with integrated circuitemphasis)是一种功能强大的模拟电路仿真器。
9、6、ir drop：ir drop是指在集成电路中电源和地网络上电压下降和升高的一种现象。随着半导体工艺的不断演进，金属互连线的宽度越来越窄，电阻值不断变大(供电电压也越来越小)，ir drop的效应越来越明显。
10、7、静态功耗：又叫泄漏功耗，它是指电路中晶体管的漏电流所产生的功耗。
11、8、内部功耗：又叫短路功耗，它是指pmos和nmos同时导通产生的从电源到地的短路电流流经标准单元产生的功耗。
12、9、开关功耗：电路在开关过程中对输出节点的负载电容充放电所产生的功耗。
13、10、翻转率：一个时钟周期内门单元输出引脚从高电平变为低电平和从低电平变为高电平的平均次数。
14、11、瞬态仿真：(transient simulation)是模拟电路中各个元件的电压和电流随时间变化过程的方法。
15、12、参数分析：(parametric analysis)是电路仿真中的一种方法，用于研究一个或多个参数对电路性能变化的影响。
16、本专利技术的技术方案为：
17、一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，包括：
18、搭建两组标准单元仿真电路，分别选择输入引脚转换时间和输出负载电容作为电路参数；对标准单元仿真电路进行瞬态仿真和参数分析，获取以输入引脚转换时间和时间、以输出负载电容和时间为自变量的电源端开关电流曲线数据；
19、根据电源端开关电流曲线数据的变化趋势确定相应的曲线模型；
20、根据输入引脚转换时间和输出负载电容对电流的影响，电源端开关电流曲线被划分为两部分；第一部分曲线的电流变化受输入引脚转换时间影响，该部分曲线函数的自变量为时间和输入引脚转换时间；第二部分曲线的电流变化受输出负载电容影响，该部分曲线函数的自变量为时间和输出负载电容；
21、读取以时间和输入引脚转换时间、以时间和输出负载电容为自变量的电源端开关电流曲线数据；
22、使用多项式函数分段拟合其中一条电流曲线数据，得到自变量为时间，输入引脚转换时间和输出负载电容为常数的电流曲线函数；
23、使用一次函数拟合分段点时间值与输入引脚转换时间和输出负载电容的关系，使用指数函数拟合分段点电流值与输入引脚转换时间与输出负载电容的关系；
24、根据所拟合的分段点电流值与输入引脚转换时间与输出负载电容的关系，调整电流曲线函数中的分段节点，并对电流曲线函数进行压缩或拉伸变化，得到自变量为时间、输入引脚转换时间和输出负载电容的电流曲线函数，实现标准单元开关电流的自动化拟合。
25、根据本专利技术优选的，曲线模型包括四种，第一种曲线模型中，电流值先随时间逐渐增大，在时间到达输入引脚转换时间时到达最大值，随后逐渐减小，且只有一个极大值；第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，其特征在于，曲线模型包括四种，第一种曲线模型中，电流值先随时间逐渐增大，在时间到达输入引脚转换时间时到达最大值，随后逐渐减小，且只有一个极大值；第二种曲线模型中，电流值先减小，随后逐步增大到达最大值，且只有一个极大值；第三种曲线模型中，电流先随时间逐渐增大，在时间到达输入引脚转换时间时到达第一个极大值，随后电流逐渐减小再增大到第二个极大值，再逐渐减小，共有两个极大值；第四种曲线模型中，电流先减小，随后逐步增大到第一个极大值，然后电流逐渐减小再增大到第二个极大值，再逐渐减小，共有两个极大值。
3.根据权利要求1所述的一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，其特征在于，电流曲线函数如式(1)所示：
4.根据权利要求1所述的一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，其特征在于，使用一次函数拟合分段点时间值与输入引脚转换时间和输出负载电容的关系，使用指数函数拟合分段点电流值与输入引脚转换时
5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，其特征在于，根据所拟合的分段点电流值与输入引脚转换时间与输出负载电容的关系，调整电流曲线函数中的分段节点，并对电流曲线函数进行压缩或拉伸变化，得到自变量为时间、输入引脚转换时间和输出负载电容的电流曲线函数，如式(4)所示：
6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5任一所述的基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述的基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法的步骤。
8.一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，其特征在于，曲线模型包括四种，第一种曲线模型中，电流值先随时间逐渐增大，在时间到达输入引脚转换时间时到达最大值，随后逐渐减小，且只有一个极大值；第二种曲线模型中，电流值先减小，随后逐步增大到达最大值，且只有一个极大值；第三种曲线模型中，电流先随时间逐渐增大，在时间到达输入引脚转换时间时到达第一个极大值，随后电流逐渐减小再增大到第二个极大值，再逐渐减小，共有两个极大值；第四种曲线模型中，电流先减小，随后逐步增大到第一个极大值，然后电流逐渐减小再增大到第二个极大值，再逐渐减小，共有两个极大值。
3.根据权利要求1所述的一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，其特征在于，电流曲线函数如式(1)所示：
4.根据权利要求1所述的一种基于数学模型的标准单元开关电流自动化拟合方法，其特征在于，使用一次函数拟合分段点时间值与输入引...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永，马陈，周冉冉，孙娟娟，颜丙波，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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