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这是集成电路物理设计的第五个系列【signoff】的第一篇文章,本篇文章主要介绍variation相关内容:
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Variation分类
Variation一般包括三种:process variation,voltage variation和temperature variation。
Variation既会影响PVT的分析,也会影响OCV。
PVT:主要取决于外部因素:某一固定工艺点(ss/tt/ff)、某一固定电压(0.9*VDD/1.0*VDD/1.1*VDD)、某一固定温度(m40c/25c/125c)。
OCV:模拟芯片内部不同管子由于工艺偏差、电压降(IR Drop)、温度变化引起的性能变化。
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Process Variation
Systematic Process Variation
系统级工艺变化主要是工艺器件物理尺寸的变化,这种变化可以预测,并且可以通过版图进行分析。这种变化主要有:optical proximity, CMP, metal fill等。
Non Systematic Process Variation
非系统级工艺变化是不确定的,难以预测。这种变化主要有:random dopand fluctuation (RDF), line edge roughness (LER), oxide thickness variation (OTV)等。
非系统级工艺变化包括:global variation和local variation
Global Variation: 由于工艺偏差导致的die-to-die,wafer_to_wafer,lot-to-lot,fab-to-fab之间的偏差,如同一芯片的晶体管的沟道长度比typical值偏大或偏小,这部分variation用PVT进行模拟。
Local Variation: 同一芯片内部不同晶体管受工艺偏差影响不同,如同一芯片上有些晶体管沟道长度比typical值偏大,有些晶体管沟道长度比typical值偏小,这部分variatin用OCV进行模拟。有些local variation相互影响,如spatially correlated variation:相距较远的晶体管有相似特性;有些local variation互不影响,如random or independennt variation:在统计学上完全随机独立,需要更精确的统计方法进行分析。
Process Variation种类
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Voltage Variation
Supply Voltage Variation (external supply variation)
IR Drop (internal voltage variation)
standard cell通过VDD/VSS stripe/rails获得电流/电压,不同的VDD/VSS stripe/rails的长度会产生不同的IR Drop,这使得standard cell实际获得的VDD/VSS和supply VDD/VSS不一致。
standard cell实际获得的VDD/VSS的不同,会造成不同的cell delay信息。
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Temperature Variation
Ambient Temp Variation (environment)
Junction Temp Variation (Ambient+temp raise due to power)
温度的不同会极大影响晶体管的特性。
环境温度会直接影响芯片的性能,但junction temperature对晶体管的特性影响更大。junction temperature = ambient + temperature raised due to power
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Model Variation
RC Corner的不同可以模拟互联线的variation信息。
PVT+RC Corner 模拟global variation信息。
Flatten OCV/AOCV/SOCV模拟local variation信息。
PVT+OCV模拟cell delay的variation信息。
Global Variation validation with global corner model.
Local Variation validation with mismatch data.
Total Variation validation with total corner model.
当local variation很小时,local variation只占total corner variation很小一部分。
当local variation增加时,local variation占total corner variation比重增加。
Total Corner Model: (a 3-sigma transistor of all manufactured transistors)
Global Corner Model: (the aveage transistor on a 3-sigma wafer)
Total Corner SPICE Model Optimism and Pessimism
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参考文献
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