基于SPICE的互连电路仿真技术研究

摘要

在高速大规模集成电路中,随着电路特征尺寸的减小、集成规模的扩大和时钟频率的提高,互连线上产生的时延、畸变、回波、串扰等互连效应越来越明显,并且开始成为影响电路信号甚至系统整体性能的主要因素。而互连线的参数会受到趋肤效应,边缘效应以及衬底损耗等因素而变化,且该变化的现象日趋普遍。为了解决高速电路中的有耗传输线,如分布参数随频率、变化的多导体传输线的建模及仿真的相关问题,本文围绕着互连网络的瞬态分析展开,以大规模集成电路中频变互连网络的建模方法为基础,对其进行优化和拓展,提高分析的效率,扩展其适用范围,使其便于求解实际问题,从而辅助集成电路的设计。本文主要包括以下内容：引入了一种多频变耦合互连线的建模方法,该方法在建模过程中,无需对传输线进行解耦,而且可以很方便地处理频变参数传输线,计算过程中避免了时域卷积运算,提高了计算效率。结合扩展后的多端口等效电路模型,使得时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)法能结合任意的非线性终端网络,提高了建模的适用性。为了能够仿真各种复杂且不易编程的器件,提出了将上述建模方法与SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)结合的方法。前人在SPICE与互连线线建模的方法结合上做了大量的工作,但离普遍高效使用还有一段距离。因此,本文在研究SPICE和FDTD法原理的基础上,提出了一种高效的SPICE与FDTD结合的方式。该方式无需使用昂贵的商业软件,且不必频繁的读写文件,令SPICE与FDTD的结合达到最优的效果。通用的多端口等效电路模型把互连线的仿真与其他元件的仿真分开。故可将该方法适用于并行运算,从而大幅度提高仿真的效率。SOCKET技术是一种非常流行的通讯技术。本文利用SOCKET通讯技术,在同一时间内,将互连线的仿真任务分配给不同的计算机完成,从而达到提高仿真效率的目的,使得该方法非常适用于超大规模的互连线网络。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状与研究方法概述

1.2.1 国内外研究现状

1.2.2 研究方法概述

1.3 课题意义与成果

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 创新点

1.3.4 系统框架

1.4 论文结构

2 频变互连线的建模

2.1 引言

2.2 向量拟合法

2.3 互连线的等效电路模型

2.4 结合FDTD

2.5 通用的双端口等效模型

2.6 本章小结

3 结合SPICE

3.1 引言

3.2 SPICE 软件简介

3.2.1 SPICE 功能简介

3.2.2 SPICE 电路描述

3.3 结合SPICE 软件的实现

3.3.1 结合SPICE 整体框架

3.3.2 自定义语法

3.3.3 词法语法分析器

3.3.4 类设计

3.3.5 控制部分

3.4 FDTD 算法与SPICE 结合的优点

3.5 本章小结

4 并行运算的实现

4.1 引言

4.2 并行技术

4.2.1 SOCKET 介绍

4.3 并行算法设计

4.4 本章小结

5 算例

5.1 简单耦合互连线系统

5.2 含非线性元件的耦合互连线系统

5.3 复杂互连线网络

6 总结与展望

参考文献

致谢

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