Введение к работе
Актуальность проблемы
Эффективность применения САПР для схемотехнического проектирования определяется применяемыми математическими моделями и алгоритмами экстракции параметров этих моделей. Тип математической модели определяет достоверность результатов и временные затраты на моделирование. Однако, затраты на такое моделирование могут быть либо чрезмерно большими, либо вообще бессмысленными при применении ошибочных параметров моделей. В этой случае особенно важно, по завершении этапа идентификации, получить достоверные параметры, не требующие дополнительной проверки.
Несмотря на наличие большого числа публикаций на тему экстракции параметров моделей, данная задача полностью не решена для микроыошиых
цифровых СБИС. Бе решению препятствуют: сложность разработки универсального алгоритма идентификации, появление новых элементов с пониженным напряжением питания на основе транзисторов с меньшими топологическими нормами, сложность измерения экспериментальных ВАХ в наноамперной области (что характерно для микромощных элементов), наличие в экспериментальных ВАХ ошибок с непредсказуемым характером.
До настоящего времени основной процедурой получения параметров моделей являлась экстракция параметров по экспериментальным или расчетным данным с предварительным экспертным анализом поступивших с измерительной установки исходных данных, и с последующей экспертной оценкой результатов экстракции, которая носила итерационный характер.
Таким образом, разработка на базе существующих новых, полностью автоматизированных методов идентификации является актуальной задачей.
Цель работы
Целью диссертационной работы является разработка автоматического метода идентификации с минимальными вычислительными затратами. Успешное достижение поставленной цели достигается последовательным решением 3-х подзадач: автоматического предварительного анализа полученных экспериментальных (или рассчитанных) данных для выявления данных, идентификация по которым не целесообразна; экстракции статических параметров на основе модифицированного метода "горизонтальной" оптимизации и идентификации динамических параметров на основе анализа средних задержек в тестовых кольцевых генераторах (КГ) с дополнительными емкостными элементами. Разработка указанных методов проводилась на основе теории распознавания образов, теории информационных объектов, структурной организации хранения и управления данными, методов объектно-ориентированного программирования. К разработанному методу предъявлялись следующие требования:
осуществлять предварительный анализ исходных данных с выделением данных, для которых проведение идентификации нецелесообразно;
с минимальными вычислительными затратами проводить экстракцию статических параметров для моделей MOSFET, GaAsFET, JFET транзисторов;
проводить идентификацию динамических параметров моделей на основе экспериментальных данных по тестовым КГ с дополнительными емкостными элементами;
иметь гибкую открытую структуру, позволяющую легко добавлять маршруты идентификации параметров новых моделей существующих и новых транзисторов.
Научная новизна работы:
-
Разработан метод предварительного анализа экспериментальных данных на основе принципов распознавания образов для выявления данных, по которым нецелесообразно проводить идентификацию параметров моделей.
-
Предложена модификация известного метода "горизонтальной" оптимизации (lateral optimization) на основе комбинации упомянутого метода и метода прямой экстракции по аналитическим выражениям.
-
Поставлена и решена задача идентификации динамических параметров по результатам анализа средних задержек в тестовых КГ с дополнительными емкостными элементами. Количество КГ в наборе определяется количеством типов идентифицируемых емкостей.
-
Предложен комплексный алгоритм идентификации параметров моделей с использованием предварительного анализа, экстракции статических параметров моделей на основе модифицированного метода "горизонтальной" оптимизации и идентификации динамических параметров по набору тестовых КГ с дополнительными емкостными элементами.
Практическая значимость работы
Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для проведення автоматической идентификации параметров моделей, реализующее предложенные методы. Разработанное программное обеспечение выполнено на основе обидно-ориентированного программирования и состоит из следующих основных частей:
-
динамический объект, содержащий функции для работы с экспериментальными данными различного представления;
-
динамический объект, содержащий функции для проведения предварительного анализа исходных данных и формирования двух типов данных - пригодных и непригодных для идентификации данных;
-
динамический объект, содержащий функции идентификации статических параметров моделей MOSFET, GaAsFET, JFET транзисторов;
-
динамический объект, содержащий функции идентификации динамических параметров;
-
пользовательский интерфейс, предназначенный для удобного ввода данных и параметров идентификации, предварительного контроля на корректность и представления результатов в графическом виде.
Внедрение результатов работы
Разработанное программное обеспечение, является составной частью подсистемы моделирования ИС на физико-структурном и схемотехническом (на базе программы PSPICE) уровнях. В настоящее время разработанная САПР внедрена в Технологическом Центре МИЭТ (ТЦ МИЭТ), в НИИ Молекулярной Электроники и завод Микрон (НИИ МЭ Микрон), в НИИ Функциональной Электроники (НИИ ФЭ), а также используется в учебном процессе в Московском государственном институте электронной техники (МИЭТ).
На защиту выносятся:
-
Метод идентификации параметров моделей с предварительным автоматическим распознаванием непригодных для идентификации исходных данных, полученных в результате ошибок процесса измерения, сбоев измерительного оборудования и использования бракованных приборов;
-
Модифицированный метод горизонтальной оптимизации (lateral optimization method) для прямой экстракции статических параметров, использующий ВАХ в логарифмическом виде и понижение размерности задачи за счет получения части параметров по аналитическим зависимостям ВАХ в диапазоне с меньшей погрешностью измерений;
-
Метод определения динамических параметров модели транзистора на основе анализа влияния паразитных емкостей на среднюю задержку по набору тестовых КГ с дополнительными емкостными элементами;
-
Алгоритм идентификации системы статических и динамических параметров моделей MOSFET, GaAsFET, и JFET транзисторов, базирующийся на предложенных методе предварительного анализа, модифицированном методе "горизонтальной" оптимизации и методе определения динамических параметров.
Апробация работы
Основные положения н результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях:
Межвузовская НТК "Микроэлектроника и информатика-9б", Тезисы докладов, Москва: МИЭТ, 1996г.; Межвузовская НТК "Микроэлектроника и информатика-97", Тезисы докладов, 4.1. Москва: МИЭТ, 1997.; Вторая Всероссийская НТК "Электроника и информатика-97", Тезисы докладов, 4.1. Москва: МИЭТ, 1997.; Всероссийская НТК "Микроэлектроника и информатика-99", Тезисы докладов, 4.1. Москва: МИЭТ, 1997.; Седьмая всероссийская межвузовская НТК "Микроэлектроника и информатика-2000", Тезисы докладов, Москва, апрель 2000.; Межвузовская НТК. "Микроэлектроника и информатика - 2000", Тезисы докладов, Москва: МИЭТ, ноябрь 2000.; Электроника, Известия ВУЗов. Москва: МИЭТ, 2000.; Лабораторный практикум по курсу "Основы автоматизации проектирования изделий электронной техники", под. ред. д.т.н. проф. Казеннова Г.Г., Москва, МИЭТ, 1997.;
Публикации
По вопросам САПР БИС автором опубликовано // работ, в том числе // по теме диссертационной работы, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации
