罗风 · 2021年02月04日

library | std cell delay 模型

看新工艺的library 像看天书一样,多了很多内容,老驴打算挖个坑尝试去读一下lib 中每个表格所代表的意义及用途,今儿开篇。

LDM:

LDM: linear delay model, 最简单的cell delay 模型,计算公式:

D = D0 + D1 * S + D2 * C

其中,D0, D1, D2 是常值,S 是input transition time, C 是output load capacitance.

优点:简单。

缺点:不精确。

现状:已淘汰。

NLDM:

NLDM: Non-Linear Delay model, 在lib 中是几张index 为input transition 跟output load 的二维表,如果是多输入cell 每个输入到输出的delay 跟其他输入的状态相关,在lib 中会用 "sdf\_cond" 跟 "when" 来表示。NLDM 是在仿真波形上采样三个点得到cell delay 跟output transition:

  • slew\_lower\_threshold\_pct\_rise/fall, 通常是工作电压的30% 或20%, 用于计算output transition.
  • slew\_upper\_threshold\_pct\_rise/fall, 通常是工作电压的70% 或80%, 用于计算output transition.
  • input/output\_threshold\_pct\_rise/fall, 通常是工作电压的50%, 用于计算cell delay.





微信图片_20210204105810.png

微信图片_20210204105821.png

因为NLDM 只采样三个输出点,所以不够精确,尤其是当驱动电阻Rd << Znet 时,所以65nm 之后的工艺需要更精确的模型,比如CCS 跟ECSM.

优点:简单明了。

缺点:不精确,无法模拟miller 效应,无法模拟先进工艺的各种效应。

现状:依旧在使用。

微信图片_20210204105849.png

CCS, ECSM

CCS, Composite Current Source, 最早由S 发布,目前由IEEE-ISTO 旗下的LTAB  维护。ECSM,Effective Current Source Model, 最早由C 发布,目前由SI2 旗下的OMTAB \<Open Modeling Technical Advisory Board > 维护。



CCS 跟ECSM 本质上都是电流源模型,能够抽取电路模型,用于静态时序、功耗、噪声和电压降分析,相较于NLDM 模型具有如下优点:

  • High-Z interconnect
  • Receiver Miller effect
  • Dynamic IR-drop
  • Multi-voltage, and Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) design
  • Driver weakening
  • Temperature inversion
  • Lithography induced variability

微信图片_20210204105918.png



对于如上电流源模型,q=C*V, i = q/t, 所以可得 i * t = C *V.  其中:

\_q=charge stored in capacitor, \_

\_C=capacitance \_

v=voltage across capacitor

\_i=current
\_

所以,可得:

微信图片_20210204105931.png

公式一即是CCS 所用的公式,在library 中定义在output\_current\_rise 跟output\_current\_fall 中,有三个index 分别对应:

  • input\_net\_transition
  • total\_output\_net\_capacitance
  • time

微信图片_20210204105953.png



微信图片_20210204105956.png

公式二是ECSM 所用公式,在library 中定义在ecsm\_waveform\_set 或ecsm\_waveform 中,ecsm\_waveform\_set表中只有一个index 值是电压,表格实际上是一张64*N 列的表格,64 由 input net transition  跟total output net capacitance 决定,N 对应2% -98% 工作电压的采样。新工艺ECSM 推荐使用:

  • 8-piece pin capacitances in ECSM timing libraries.
  • 2% - 98% ECSM waveform range.

微信图片_20210204110020.png


作者:陌上风骑驴
来源:https://mp.weixin.qq.com/s/bXFUJhzg7F\_OSmgED490Gg
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