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[转]STA概念:一文了解NLDM与CCS

热度 10已有 1099 次阅读2020-9-1 16:32 |个人分类:STA|系统分类:芯片设计| CCS, NLDM

 https://blog.csdn.net/graymount/article/details/106010388

对于cell的delay的计算,由于规模的原因,是不可能通过晶体管级仿真进行的。

所以引入了静态时序分析的概念。

而在静态时序分析中,cell delay,是通过查找表并进行插值来得到的,从而大大减少了计算量,提高了工具的运行速度。

对cell delay的表征(characterization),有两种形式。

CCS:composite current source

NLDM:non linear delay model

CCS,已经被引用多年。目前,与nldm一样,已经成为了单元库的标配。

本文将简单介绍一下两种delay model,以及他们的区别。

NLDM

nldm是最早引入的技术。在65nm以及之前,一直是一种可靠的迅速得到cell的delay的方法。

nldm包括 nldm driver model 和 nldm receiver model

NLDM

nldm driver model

nldm表征的是cell的input到ouput的delay值以及输出的transition time。

如图,我们以一个反相器为例,在output load给定的情况下进行仿真的波形。红色的波形代表的是输入的激励,蓝色的波形代表的是通过仿真得到的输出的电压波形。

NLDM driver model characterization

对于电压波形,nldm是通过三个点进行取样。三个点分别为delay threshold,transition threshold (upper & lower)。一个delay threshold指的是电压到 50% VDD的位置。而transition threshold,取值可能有所不同,有的用的是30% 70%,有的是20% 80% 。如果.lib用的组合不同,工具会自动进行换算。

那么图中的反相器的delay值,指的就是output delay threshold与input delay threshold的差值。

而output transition,则是output slop lower thr与output slop upper thr的差值。

那么,这两个值(delay,transition time),就用来构建NLDM driver model。如图所示:

NLDM driver model

在.lib文件中,nldm是一个二维查找表。这个查找表的两个index分别代表的是input transition,output load,如图所示。

对于一个反相器,那么会有四个表格,两个分别表示的是上升沿和下降沿的delay 值, 另外两个则分别是上升沿和下降沿的transition time。

nldm receiver model

NLDM receiver model 是一个简单的电容。当然,上升沿和下降沿的电容是不同的。

nldm 遇到的问题

在65nm之前,NLDM相对准确。但是随着工艺尺寸的减少。金属连线上的电阻变得越来越大。一个典型的问题就是,当电压源内阻Rd远远小于net上的电阻的时候,电压源模型会严重失真。

而对于nldm receiver model,随着工艺尺寸的减少。miller效应越来越明显,单独的一个cap值已经无法正确表征真实情况,而这些效应在STA的计算中又非常的必不可少,尤其对于电阻小的的net尤为明显。

CCS

CCS model 很好的解决NLDM存在的这些问题。

同样,CCS也包括了CCS driver model和 CCS receiver model。

ccs driver model

CCS deiver model表征的是流入load cap的电路值。其参数同样是输入的transiton time以及输出的load。

CCS描述的是一个内部无限的电流源,因此,即使net的电阻非常大的情况,它也可以非常精确。

Figure: CCS (Composite Current Source) Driver Model

在.lib中,对应于不用的input transition以及output load,表中的值也不再是一个定值,而是电流的波形。

ccs receiver model

为了更精确的反应miller电容效应。model中用两个电容C1和C2来进行描述。

如图,在receiver的电压波形到达delay thereshold(50% vdd)之前时,用C1的值,而在到达delay threshold之后,则采用C2值。

Composite Current Source Receiver Model

这种效果怎么样的。这是CCS receiver model和spice仿真的对比图。

CCS vs spice

end

CCS中包括了CCS noise model,CCS power model。我们以后再进行介绍。

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