可编程逻辑电路设计之寄生参数提取工具

寄生参数提取工具的作用是根据工艺参数对版图互连线及器件的寄生参数进行提取，从而得到含有寄生参数的电路网表，以用于电路的各项性能分析和后仿真。

寄生参数通常包含寄生电阻、寄生电容和寄生电感。寄生参数对时延、功耗及电路信号完整性等有显著影响。由于工艺的不断发展，寄生参数已成为影响电路性能乃至决定电路能否正常工作的关键因素。在集成电路设计流程中，寄生参数提取已成为必不可少的一个环节。

寄生参数的提取通常有两类方法：精确计算方法和快速模型方法。精确计算方法精度高，但其速度较慢，所以常用于规模较小但对精度要求较高的应用，例如工艺分析、标准单元建库，射频电路分析等。快速模型方法相比精确计算方法精度较差，但由于其速度快上千倍，因此被广泛应用于全芯片级的寄生参数提取。

1.精确计算方法

精确计算方法，也称为场求解器（Field Solver）法，通过求解电磁场方程得到精确的场分布，从而得到寄生参数。

寄生电容、寄生电阻和寄生电感的精确计算方法类似，这里以寄生电容计算方法为例说明。

寄生电容的精确计算方法基于数值计算方法，求解如下带偏置电压的拉普拉斯场方程。

常用的数值计算方法包括边界元素法（Boundary Element Method,BEM）和有限元法（Finite Element Method，FEM）等。

边界元素法对三维区域的二维边界进行离散，通过加权余量法并应用格林公式将三维区域的拉普拉斯方程转换为二维边界上的离散积分方程，同时应用边界条件将离散积分方程转换成线性代数方程组进行求解。

有限元法直接对三维区域进行离散，利用变分原理将拉普拉斯方程化为求解泛函的极值问题，使得每个子区域的误差函数达到最小值，将积分方程转换成线性方程组进行求解。

2.快速模型方法

快速模型方法通过建立寄生参数模型，快速分析版图的几何图形，利用参数模型匹配方式得到寄生参数。常用的快速模块有二维模型和准三维模型。由于准三维模型法考虑了三维结构的特点，其计算结果较二维模型法准确，所以广泛应用于大规模版图寄生参数提取工具中。

仍以寄生电容计算为例，准三维模型法将三维结构上的电容分解为重叠（Overlap）电容、横向（Lateral）电容及边缘（Fringe）电容等，分别考虑它们对总电容的影响，如图5-116所示。每项电容通过建立查表模型或者解析公式模型进行计算。

快速模型方法需预先通过精确计算方法对典型图形形状进行计算建立模型数据库，根据版图模式匹配（Pattern Match）方法对所计算版图图形产生模型参数，通过查找模型库得到结果。

随着工艺技术的发展，影响寄生参数的工艺条件日益增多，三维结构日趋复杂，对寄生参数提取提出了更高的要求。同时，电路规模日益庞大对于寄生参数提取工具的速度和精度要求更高。寄生参数模型已经相当复杂，必须考虑多种因素组合才能得到较好的计算精度。特别在FinFET工艺下，由于器件结构与传统工艺相比存在很大差异，对寄生参数提取工具也提出了新的挑战。

审核编辑 ：李倩