• STA概念:一文了解NLDM与CCS(转)


    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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