DE60109944T2 - Automatische prüfung von zyklischen betriebsbedingungen für soi schaltungssimulation - Google Patents

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Description

  • 1. HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1.1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur Simulation von Hardwareschaltungen, besonders geeignet für Hardwareschaltungen vom Typ „Silicon-On Insulator" (SOI).
  • 1.2. BESCHREIBUNG UND NACHTEILE DES STANDS DER TECHNIK
  • Es ist eine allgemeine Voraussetzung für einen Entwickler einer Computer-Schaltung, dass jede Computer-Hardwareschaltung simuliert werden muss, um die allgemeine Fehlerfreiheit der Schaltungsanordnung und der Funktionseigenschaften sowie Besonderheiten, wie zum Beispiel Signallaufzeiten usw., zu überprüfen. Daher wurden über die Jahre der Hardware-Entwicklung hinweg viele Simulationsverfahren entwickelt, um eine hohe Qualität der Hardware sicherzustellen.
  • Jetzt wurde ein neuer technischer Bereich der Hardwareschaltungsentwicklung betreten, den es zu erkunden gilt: Hardware vom Typ SOI.
  • Im Gegensatz zu Hardware vom CMOS-Typ sind die Zustände der Hardware vom SOI-Typ, z.B. die an einem Knoten einer Schaltung auftretenden Spannungen, abhängig von einem vorausgegangenen Betriebsverlauf der Hardware. Dieses vergangenheitsabhängige Verhalten führt zur Anwendung neuer Simulations- und Testverfahren, die aus anderen Erfahrungen mit irgendwelchen Arten von Hardware-Entwicklungen nicht bekannt sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Simulationsverfahren und -system bereit, das für Hardware vom Typ SOI gut anwendbar ist. Für herkömmliche Hardware, z.B. Hardware in CMOS, können die Ideen der vorliegenden Erfindung jedoch ebenfalls nützlich sein. Deshalb ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht dadurch begrenzt, dass sie auf SOI angewendet wird.
  • Im Falle von SOI gibt es ein besonderes Interesse für Tests und Simulationen, d.h., Zustände von Hardware zu untersuchen, die sich aus einer großen Anzahl so genannter „Funktionszyklen" ergeben. Man kann annehmen, dass ein Funktionszyklus ein definiertes Betriebsintervall mit einem Startzeitpunkt und einem Stoppzeitpunkt darstellt, bei dem die Eingangsspannungen zu beiden Zeiten gleich sind. Somit kann ein Zyklus einen Maschinenzyklus oder eine Vielzahl von Maschinenzyklen umfassen.
  • Nachdem der allgemeine Hintergrund der Erfindung aufgeführt wurde, wird nun nachstehend eine kurze Erklärung der grundsätzlichen Voraussetzungen zum Verständnis der Erfindung und deren Bezug auf den Stand der Technik gegeben:
    In einem Computer laufen viele Schaltungen im Gleichtakt mit dem Maschinenzyklus. Taktgeber zum Beispiel führen immer wieder dieselben Operationen durch. Andere Schaltungen führen normalerweise nicht dieselbe Operation in jedem Zyklus durch, aber es muss ihnen nicht unbedingt verboten sein. Sie müssen auch unter zyklischen Bedingungen zuverlässig arbeiten.
  • Für Nicht-SOI-Technologien stellen zyklische Betriebsbedingungen normalerweise keinen bestimmten schlimmsten Fall für die Leistung oder Funktionalität der Schaltung dar. Daher wurde beim Stand der Technik nicht viel Aufwand betrieben, zyklische Operationen zu untersuchen.
  • Der Bedarf an Schaltungssimulationen unter zyklischen Betriebsbedingungen hat mit dem Einsatz einer SOI-Technologie des Typs der teilweisen Verarmung erheblich zugenommen. In dieser Technologie verursachen die potentialfreien FET-Substrate den so genannten „Floating-Body-Effekt", bei dem es sich um einen so genannten „Vergangenheitseffekt" handelt:
    Die potentialfreien FET-Körper benötigen im Vergleich zu einem Arbeitszyklus eine sehr lange Zeit, um sich plötzlichen Änderungen des Schaltungsbetriebs anzupassen, d.h., sie „merken" sich die Betriebsart der Schaltung, bevor sie umschalten. Der Zustand des Substrats beeinflusst die Schwellenspannung des FET und dadurch auch das Schaltverhalten der Schaltung. Folglich verhält sich eine Schaltung, die gerade eingeschaltet wurde, vergleichsweise anders als bei längerem zyklischem Betrieb. Daher müssen zyklische Betriebsbedingungen für Schaltungen in SOI-Technologie untersucht und simuliert werden.
  • Dieses Phänomen wird von einem weiteren spezifischen, aber unabhängigen Phänomen begleitet, das ebenfalls einen „Vergangenheitseffekt" aufweist:
    In der SOI-Technologie besteht der Bedarf, Schaltungen auf Eigenerwärmung zu prüfen, da Transistoren durch das Isoliermaterial, auf dem sie sich befinden (SOI: Silicon On Insulator ~ Silizium auf Isoliermaterial) wärmeisoliert sind. Die Temperatur eines Transistors zu einem bestimmten Zeitpunkt hängt von der Schalt-„Vergangenheit" des Transistors ab. Aus offensichtlichen Gründen verursacht eine zyklisch betriebene Schaltung viel mehr Eigenerwärmung als eine Schaltung, die nur gelegentlich schaltet. Eine Simulation eines solchen zyklischen Betriebs nach dem Stand der Technik erfordert die Simulation von mehreren Tausenden von Schaltzyklen, bis allmählich ein eingeschwungener Zustand der Hardware erreicht wird.
  • Sehr viel leistungsfähiger sind iterative Simulationsverfahren. Aber derartige Verfahren können auch scheitern oder falsche Ergebnisse liefern, wenn die Schaltungssimulation nicht kompatibel mit den zyklischen Betriebsbedingungen ist. Allgemein können derartige Schaltungssimulationen erhebliche Computerressourcen erfordern, selbst wenn iterative Lösungswege angewendet werden. Fehler in den zyklischen Betriebsbedingungen – die aus anderen Gründen als den Floating-Body-Effekt oder durch Eigenerwärmung verursacht werden – können zu Konvergenzproblemen, übermäßigen Computerlaufzeiten für die Simulation, die definitiv umsonst sind, zu fehlerhaften Ergebnissen oder zu gar keinem Ergebnis nach mehreren Iterationen führen.
  • US-A-4 918 643 (WONG CHIU-SEUNG R), 17. April 1990, offenbart ein Verfahren zur deutlichen Verbesserung des Durchsatzes von Schaltungssimulatoren, um den eingeschwungenen Zustand von selbstgeregelten, stückweise linearen, geschlossenen Regelsystemen oder periodisch getriebenen, stückweise linearen Systemen zu erreichen. Das offenbarte Verfahren basiert auf dem Newton-Raphson-Verfahren, das es ihm ermöglicht, Brechstangenprinzipien um eine Größenordnung an Geschwindigkeit zu übertreffen, und auf einem speziellen Algorithmus zur Bestimmung der Systemempfindlichkeit, wodurch dieses Verfahren zu einer Annäherung mit der Lösung von Systemen führt, die in Bezug auf das Teilintervall-Timing eine hohe Empfindlichkeit haben, woran die meisten bestehenden Verfahren scheitern. Das Verfahren ist ein iteratives Verfahren, wobei jede Iteration mit der Bestimmung der Empfindlichkeit des Endzustandsvektors in einem Schaltzyklus in Bezug auf den Anfangszustandsvektor desselben Schaltzyklus beginnt. Daran schließt eine Netwon-Raphson-Iteration an, um den Anfangszustandsvektor eines eingeschwungenen Betriebs vorherzusagen. Die Berechnung der Empfindlichkeit beinhaltet, dass der spezielle Algorithmus die Schwankungen der Empfindlichkeit bei der Zeitsteuerung der Teilintervalle in Bezug auf Veränderungen des Anfangszustandsvektors berücksichtigt. Das iterative Verfahren wird wiederholt, bis sich der Anfangszustandsvektor und der Endzustandsvektor innerhalb einer vom Benutzer bestimmten Toleranz befinden.
  • WONG B K H ET AL: „Accelerated steady-state analysis technique for PWM DC/DC switching regulators" Industrial Electronics, Control And Instrumentation, 1997; IECON 97; 23rd International Conference On New Orleans, LA, USA 9. bis 14. Nov. 1997; New York; NY, USA, IEEE, US, 9. November 1997, Seiten 759 bis 764, ISBN 0-7803-3932-0, offenbart eine neue iterative Technik zur Analyse des eingeschwungenen Zustands von PWM-DC/DC-Schaltreglern. Der Algorithmus besteht aus zwei Iterationsschleifen. Die erste Schleife soll den Signalverlaufe an einem Netzwerk im eingeschwungenen Zustand bei einem angenommenen Tastverhältnis wiederholen, während die zweite Schleife das Tastverhältnis im eingeschwungenen Zustand des Pulsdauermodulators wiederholen soll. Die Signalverläufe der Schaltung erhält man durch ein schrittweises Zeitbereichssimulationsverfahren, das auf der Verwendung von schrittweise quadratischen Vorgaben der Schaltungszustandsvariablen mit progressiver Analyse des Zustands der Schalter basiert. Es wird ein Beispiel eines PWM-Leistungsreglers zur Veranschaulichung der Rechenleistungsfähigkeit und -genauigkeit herangezogen.
  • 1.3. ZIELE DER ERFINDUNG
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Simulationsverfahren und -system bereitzustellen, besonders für vergangenheitsabhängige und empfindlich auf zyklischen Betrieb reagierende Hardwareschaltungen, wie zum Beispiel Hardware vom Typ SOI.
  • 2. ZUSAMMENFASSUNG UND VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Dieses Ziel der Erfindung wird durch die in beigefügten unabhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale erreicht. Weitere vorteilhafte Anordnungen und Ausführungen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen aufgeführt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein halbautomatisches Simulationsverfahren bereitgestellt, das es ermöglicht, jeden Schaltungsknoten dahingehend zu überprüfen, ob seine Spannung bei ZYKLUSSTART mit seiner Spannung bei ZYKLUSSTOPP unter statischen (DC-)Simulationsbedingungen übereinstimmt. Falls nicht, kann man gemäß der vorliegenden Erfindung einen erste Hinweis erhalten, der es ermöglicht, nichtübereinstimmende Spannungen, die durch nichtzyklische Eingangsspannungssignalverläufe verursacht werden, automatisch zu lokalisieren und manuell zu korrigieren.
  • Die Überprüfung auf korrekte Eingangsspannungssignalverläufe wird vorteilhaft durch Durchführung eines ersten Durchlaufs einer DC-Simulation nach dem Stand der Technik mit Eingangsspannungsbedingungen, die zum ZYKLUSSTART gehören, und durch Durchführung einer zweiten DC-Simulation mit Eingangsspannungsbedingungen, die zum ZYKLUSSTOPP gehören, bewerkstelligt. Nach Vergleich der Ergebnisse, z.B. Vergleich der Knotenspannungen, können jegliche Nichtübereinstimmungen festgestellt werden, die als Hinweis auf eine Nichtkompatibilität mit zyklischem Betrieb dienen. Somit können die in der Simulation verwendeten Eingangsspannungssignalverläufe so korrigiert werden, dass sie einen zyklische Betrieb ermöglichen, bevor die Schaltung mit einem großen Aufwand an Arbeit und Rechenzeit simuliert wird.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nach den oben beschriebenen Korrekturen eine Simulation im Einschwingzustand als weiterer Schritt angehängt. Sie wird von ZYKLUSSTART bis ZYKLUSSTOPP durchgeführt. Ein automatisierter Vergleich der Durchläufe kann dafür verwendet werden, um Fehler in der Einstellung der Simulation aufzudecken und Fehler, die mit internen Schaltungsknoten zusammenhängen, vor allem potentialfreie Knoten oder metastabile Schaltungsknoten, z.B. metastabile Zustände einer Speicherzelle, automatisch zu korrigieren. Derartige Fehler bezeichnet man als dynamische Fehler, im Gegensatz zu den oben beschriebenen statischen Fehlern, die durch statische (DC-)Simulationen gefunden werden. Somit können dynamische Fehler sehr einfach und schnell auch in vergangenheitsabhängigen Hardwareschaltungen gefunden werden.
  • Ferner kann die automatische Überprüfung gemäß der Erfindung in iterative Simulationsprogramme nach dem Stand der Technik integriert werden, die nicht einmal ausschließlich auf SOI zugeschnitten sind. Hierdurch werden die Chip-Entwicklungsingenieure gezwungen und in die Lage versetzt, Fehler aus einer Hardwaresimulations-Eingabedatei zu beseitigen, bevor die mit einem Hardwaresimulationsprogramm nach dem Stand der Technik zusammenhängenden laufzeitaufwendigen Berechnungen beginnen dürfen. Erst nachdem man eine genaue Kenntnis über das korrekte Verhalten im eingeschwungenen Zustand hat, ist ein anschließender iterativer Testlauf für vergangenheitsabhängige Hardware sinnvoll.
  • Ferner können, wenn die STARTZEIT der Simulation vor dem ZYKLUSSTART liegt, Kernzellen oder Latches zwischen STARTZEIT und ZYKLUSSTART eingefügt werden. Auch kann die STOPPZEIT hinter dem ZYKLUSSTOPP liegen. Somit kann das Testverfahren mühelos Eingabedateien von Nicht-SOI-Hardwareschaltungen verwenden, d.h. es wird ein Übergang auf SOI ermöglicht.
  • Folglich kann zusammengefasst festgestellt werden, dass die oben beschriebene Erfindung für Simulationen von zyklisch betriebenen Schaltungen vorteilhaft ist, besonders in der SOI-Technologie, die bisher bekannt ist.
  • Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf jede zeitabhängige Chiptechnologie angewendet werden, d.h. jede Chiptechnologie, die ein zeitabhängiges physisches Verhalten aufweist. In einer solchen Technologie können eine oder mehrere physikalische Eigenschaften des Chips, wie z.B. die Leitfähigkeit bestimmter Chipbereiche, das Mobilitätsverhalten der elektrischen Ladungsträger, temperaturabhängiges Leitfähigkeitsverhalten o.a. der Grund für eine solche Zeitabhängigkeit sein.
  • Ohne das erfindungsgemäße Prüfungsverfahren kann die Eingangsnetzliste der Schaltung Fehler enthalten, die – wenn sie unentdeckt bleiben – Simulationen stören, eine Menge Computersimulationszeit kosten und zu falschen, möglicherweise irreführenden Ergebnissen führen können.
  • Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine manuelle Suche nach Fehlern in den zyklischen Betriebsbedingungen, die oft zeitaufwendig und unsicher ist, vor allem bei großen Schaltungen vermieden werden.
  • 3. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft veranschaulicht, und sie wird nicht durch die Form der Figur der beigefügten Zeichnung eingeschränkt, bei der es sich um eine schematische Darstellung handelt, die die Grundschritte des Steuerungsablaufs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
  • Unter allgemeiner Bezugnahme auf die Figuren und unter besonderer Bezugnahme nun auf die Figur wird als Nächstes nachfolgend der Steuerungsablauf gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben.
  • In einem ersten Schritt 110 wird eine erste DC-Simulation mit Eingangsspannungen, die zum ZYKLUSSTART gehören, durchgeführt. Dies wird durch Einstellen von Simulations-STARTZEIT gleich ZYKLUSSTART erreicht. Insbesondere wird ein vorher festgelegtes, zugehöriges Eingangsspannungsmuster mit dem Schaltungsmodell gekoppelt. Danach wird der statische, d.h. stabile, Endzustand jedes Knotens, der sich über der Zeit nicht mehr ändert, zur Auswertung herangezogen. Einschwingwerte werden zu diesem Zeitpunkt nicht berücksichtigt.
  • Dann werden alle stabilen Knotenspannungen für einen späteren Vergleich gespeichert.
  • Danach wird in einem Schritt 120 eine zweite DC-Simulation mit Eingangsspannungen, die zum ZYKLUSSTOPP gehören, durchgeführt. Dies wird durch Einstellen von Simulations-STARTZEIT gleich ZYKLUSSTOPP erreicht. Auch hier wird das dem ZYKLUSSTOPP zugehörige Eingangsspannungsmuster mit dem Schaltungsmodell gekoppelt, und alle Knotenspannungen werden ebenfalls gespeichert.
  • Natürlich können auch weitere Daten gespeichert werden, zum Beispiel die Temperaturen der Transistoren, die zu den oben beschriebenen Simulationsbedingungen gehören.
  • In einem Schritt 130 werden die Ergebnisse der beiden vorhergehenden DC-Simulationsläufe für jeden Knoten verglichen. Im Vergleichsverfahren werden zum Beispiel die Spannungen, die auf jedem Knoten von Interesse in der Simulationsschaltung festgestellt wurden, verglichen.
  • Im JA-Zweig von Schritt 130 wird mindestens eine Nichtübereinstimmung gefunden. Eine Nichtübereinstimmung liegt definitionsgemäß vor, wenn die Spannungsdifferenz an einem Knoten zwischen den beiden Durchläufen größer als ein vorher festgelegter Schwellwert ist, zum Beispiel 0,01 Volt bei einer Gesamtspannungsdifferenz zwischen Versorgungsspannung Vdd und Masse von 1,8 Volt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann nun aus dieser Nichtübereinstimmung eine Schlussfolgerung gezogen werden: Jede Nichtübereinstimmung zeigt eine Nichtkompatibilität mit zyklischem Testbetrieb an, da es keinen Sinn macht, weitere Simulationsläufe im zyklischen Betrieb durchzuführen, solange Eingangsspannungssignalverläufe, die ein fehlerhaftes Verhalten aufweisen, nicht korrigiert wurden.
  • Und ein weiterer ausführlicher Vergleich liefert Informationen darüber, welche Schaltungsknoten/Eingangsspannungen die Regeln nicht einhalten. Dieser Vergleich kann automatisiert werden, um nur die Nichtübereinstimmungen gemeinsam mit entsprechenden Schaltungsknoten-Identifizierungsdaten aufzulisten.
  • Hierdurch wird der Schaltungsentwickler in die Lage versetzt, die Fehlerstelle wirksam zu lokalisieren und diese zu korrigieren, Schritt 140. Eine automatisierte Korrektur ist in dieser Phase nicht möglich, da kein Computerprogramm die Eingangsspannungssignalverläufe, die ein Entwickler vor Augen hatte, um den Zyklus auszuführen, kennen kann.
  • Danach wird zu Schritt 110 zurückverzweigt, um das Verfahren zu wiederholen.
  • Die oben beschriebenen Schritte 110 bis 130 kosten nicht viel Rechenzeit im Vergleich zu einer Simulation im Einschwingzustand. Bis zu diesem Punkt erkennt das Prüfverfahren alle nichtzyklischen externen Stimulierungen der Schaltung. Es erkennt jedoch nicht unbedingt nichtzyklisches Verhalten von internen Schaltungsknoten, wie diejenigen, die weiter oben erwähnt wurde.
  • Folglich kann eine dritte Simulation vorteilhaft im NEIN-Zweig von Schritt 130 angehängt werden, d.h., wenn keine statischen Fehler gefunden wurden.
  • Somit wird in einem Schritt 150 nach Korrektur aller statischen Fehler, die durch die beiden vorhergehenden Überprüfungen in den Schritten 110 bis 140 aufgedeckt werden, oder falls von Anfang an keine statischen Fehler vorhanden sind, eine Simulation im Einschwingzustand durchgeführt, die die Zeitspanne zwischen ZYKLUSSTART und ZYKLUSSTOPP abdeckt.
  • Es sollte hinzugefügt werden, dass die STARTZEIT auch vor dem ZYKLUSSTART liegen kann, um Kernzellen oder Latches zwischen STARTZEIT und ZYKLUSSTART einzufügen, und dass die STOPPZEIT hinter dem ZYKLUSSTOPP liegen kann. Somit kann das Testverfahren mühelos Eingabedateien von Nicht-SOI-Hardwareschaltungen verwenden, d.h., ein Übergang auf SOI wird ermöglicht.
  • Danach werden in einem Schritt 160 die Spannungen bei ZYKLUSSTOPP mit den entsprechenden Spannungen aus dem ersten und zweiten DC-Simulationsschritt, Schritt 110 bzw. 120, verglichen.
  • Nun soll ein weniger strenges Nichtübereinstimmungskriterium von 0,2 V zur Entscheidung einer Nichtübereinstimmung/Übereinstimmung verwendet werden.
  • Für den Fall, dass keine Nichtübereinstimmung gefunden wird, wird das Testverfahren abgeschlossen, das Hardwaremodell hat weder statische noch dynamische Fehlerknoten und die entsprechende Hardwareeinheit kann somit tatsächlich hergestellt werden, zumindest von dem Gesichtspunkt aus, der für die Ziele der vorliegenden Erfindung relevant ist.
  • Wenn im JA-Zweig aus der Simulation im Einschwingzustand aus Schritt 150 Nichtübereinstimmungen gefunden werden, wird das zugrunde liegende Problem an einem entsprechenden Knoten normalerweise durch einen der drei folgenden Umstände verursacht:
  • a.) Schaltverzögerungen interner Schaltungsknoten
  • Normalerweise initialisiert ein Schaltungssimulator eine Simulation im Einschwingzustand automatisch durch eine vorhergehende DC-Simulation. Nehmen wir an, die Simulation im Einschwingzustand beginnt bei ZYKLUSSTART und endet bei ZYKLUSSTOPP. Dann beginnt die Simulation bei ZYKLUSSTART mit den Ergebnissen aus der DC-Initialisierung und fährt im Einschwingzustand fort, bis sie bei ZYKLUSSTOPP endet. Unter diesen Bedingungen würde eine Knotenspannungssignalverlauf nicht unbedingt dieselbe Spannung bei ZYKLUSSTOPP aufweisen, mit der sie bei ZYKLUSSTART begonnen hat. Z.B. kann ein Wortleitungswiederherstellungsimpuls eines Speicherfelds bei ZYKLUSSTOPP so verzögert sein, dass er seinen ursprünglichen sauberen Schaltpegel, den er unter der DC-Initialisierung bei ZYKLUSSTART hatte, nicht wiederherstellt.
  • b.) Metastabile Schaltungsknoten
  • Ein Beispiel für metastabile Knoten stellen die Zellknoten einer Speicherfeldzelle für 6 Bauteile dar. Die DC-Simulation berechnet den metastabilen Zustand einer Zelle. Mit denselben Initialisierungsvoraussetzungen für den Durchlauf im Einschwingzustand wie in a.) sind die Knoten bei ZYKLUSSTART in einem metastabilen Zustand, d.h., die Knotenspannung liegt undefiniert irgendwo zwischen Masse und Versorgungsspannung Vdd. Später schalten die Knoten vor ZYKLUSSTOPP in einen stabilen Zustand – entweder auf Masse oder auf Versorgungsspannung, mit der Folge, dass ein Zelleninhalt 0 oder 1 ist – und sie bleiben danach in diesem Zustand. Dies stellt dann eine drastische Verletzung von zyklischen Rahmenbedingungen dar. Um dieses Problem zu bewältigen, muss eine Zelle im DC-Modus initialisiert werden, wenn die Simulation im Einschwingzustand bei ZYKLUSSTART anfängt.
  • c.) Potentialfreie Schaltungsknoten
  • Ein typisches Beispiel eines potentialfreien Knotens ist der Knoten zwischen zwei Abschalttransistoren in Reihenvorspannung.
  • Es wird angenommen, dass es sich bei den beiden Transistoren um NFET1 und NFET2 handelt, wobei NFET1 zwischen Knoten GND (Masse) und F hängt und NFET2 zwischen Knoten F und der Versorgungsspannung Vdd. Es wird ferner angenommen, dass sowohl NFET1 als auch NFET2 bei ZYKLUSSTART gesperrt werden, dass NFET1 für einige Zeit zwischen ZYKLUSSTART und ZYKLUSSTOPP EIN-schaltet und bei ZYKLUSSTOPP wieder auf AUS zurückkehrt. Mit denselben DC-Initialisierungsvoraussetzungen für den Durchlauf im Einschwingzustand wie in a.) ist Knoten F bei ZYKLUSSTART in einem schwebenden Zustand – beide Transistoren sind gesperrt (AUS), und Knoten F befindet sich folglich irgendwo schwebend zwischen Masse und Versorgungsspannung („potentialfrei"). Während der Simulation im Einschwingzustand schaltet NFET1 EIN, und Knoten F wird auf Masse gezogen. Knoten F bleibt im Wesentlichen bis zum Ende der Simulation bei ZYKLUSSTOPP auf diesem Pegel, obwohl NFET1 wieder AUS-schaltet. Ähnlich wie in Fall b.) stellt dies eine drastische Verletzung von zyklischen Rahmenbedingungen dar.
  • Es sollte beachtet werden, dass die oben beschriebenen statischen Verletzungen zyklischer Rahmenbedingungen sowie die dynamischen Verletzungen der Fälle a.), b.) und c.) nicht spezifisch für die SOI-Technologie sind. Daher kann die vorliegende Erfindung auch auf Nicht-SOI-Technologien angewendet werden. Tatsächlich kann in diesem Fall die nächste Analyse im Einschwingzustand nach der Überprüfung und Fehlerkorrektur dieser Erfindung als zyklische Simulation angesehen werden.
  • Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, sind die drei typischen Fälle a., b., c. Beispiele, die mit dem erfindungsgemäßen Testverfahren erkannt werden können.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine automatische Korrektur dynamischer Fehler in einem Programm angehängt werden, das die vorher beschriebenen Schritte ausführt, indem die Knotenspannungen in einem Schritt 170 auf dieselben Anfangswerte bei ZYKLUSSTART gesetzt werden, mit denen der Lauf bei ZYKLUSSTOPP geendet hatte.
  • Dies kann mit Hilfe so genannter Cover-Modelle bewerkstelligt werden, die die üblichen Transistorsimulationsmodelle ersetzen. von außen haben solche Cover-Modelle denselben Namen und dieselben Knoten wie die normalen Transistorsimulationsmodelle, aber innen haben sie zusätzliche Eigenschaften, z.B. die Fähigkeit, die Transistorknoten auf gewünschte Anfangsspannungen zu setzen, was bedeutet, dass diese gewünschten Spannungen zu Beginn einer Simulation im Einschwingzustand erzwungen werden.
  • Dieses Erzwingen kann nur im DC-Simulationsmodus durchgeführt werden. Da eine Simulation im Einschwingzustand durch eine DC-Simulation initialisiert wird, wird das Erzwingen nur zu Beginn einer Simulation im Einschwingzustand wirksam. Die tatsächlichen Simulationen des zyklischen Verhaltens können dann bei ZYKLUSSTART beginnen und bei ZYKLUSSTOPP enden. Mit der Verwendung von Cover-Modellen bleibt die Eingangsnetzliste für die Simulation exakt dieselbe wie die zur Verwendung mit normalen Modellen.
  • Wie aus obiger Beschreibung ersichtlich ist, können die nichtübereinstimmenden Modelle durch Schritt 170 automatisch korrigiert werden. Somit kann das Testverfahren erfolgreich durchgeführt werden, nachdem auch dynamische Fehler erkannt und korrigiert wurden.
  • Wie bereits oben erwähnt, muss die Simulation im Einschwingzustand, Schritt 150, nicht unbedingt bei ZYKLUSSTART beginnen oder bei ZYKLUSSTOPP enden, sofern sie einen weiteren Bereich abdeckt. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Schaltungsentwickler bereits vor ZYKLUSSTART Kernzellen und Latches in den gewünschten Zustand 0 oder 1 setzen und dafür den Simulationsmodus im Einschwingzustand verwenden kann. Dies ist das normale Vorgehen für andere Technologien als SOI. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Zellen/Latches in DC-Modus bei ZYKLUSSTART zu setzen. Hierdurch wird eine Übernahme von Schaltungssimulations-Eingabedateien von anderen Technologien als SOI erleichtert.
  • Das oben beschriebene, durch Schritte 110 bis 170 beispielhaft dargelegte Testverfahren kann für eine automatische Ausführung programmiert werden. Ein solches Programm kann so geschrieben werden, dass es von innerhalb einer Schaltungssimulationsumgebung nach dem Stand der Technik ausgeführt werden kann. Es kann mit dem Simulator kommunizieren, z.B. Simulationen starten, Daten von Simulationen entnehmen, diese auswerten und modifizieren und an nachfolgende Simulationen rückkoppeln. Für IBM ASX/POWER SPICE Simulatoren nach dem Stand der Technik wird solch ein Programm GODATA MACRO genannt. Für den Kontext dieser Erfindung kann das GODATA MACRO die beiden DC-Durchläufe starten, den Vergleich durchführen und im Falle einer Nichtübereinstimmung die Transistor- und Knotenidentifikation ausdrucken und den Vorgang unterbrechen.
  • Hierdurch erhält der Schaltungsentwickler eine Möglichkeit, die Fehlermeldungen zu überprüfen und die Netzliste zu korrigieren. Wenn nach den beiden DC-Durchläufen keine Fehler gefunden werden, kann das Makro mit dem Durchlauf im Einschwingzustand fortfahren und den zusätzlichen Vergleich mit einem der DC-Durchläufe durchführen. Hierdurch werden dynamische Verletzungen, wie unter a.) b.) c.) beschrieben, identifiziert.
  • Wenn die Überprüfung automatisiert verläuft, kann sie leicht mit iterativen Lösungsverfahren, die das Verhalten von potentialfreien Substraten unter zyklischen Betriebsbedingungen in SOI-Technologie behandeln, integriert werden. Die Überprüfung kann vor dem eigentlichen Start von Iterationen durchgeführt werden. Im Fall von Fehlern, die nicht automatisch korrigiert werden können, kann der Job so programmiert werden, dass er vor den Iterationen abgebrochen wird. Hierdurch werden eine Menge fehlerhafter iterativer Simulationen eingespart, die anderenfalls stattfinden würden. Fehlerhafte Simulationseingabedateien führen zu Konvergenzproblemen, fehlerhaften Ergebnissen, und gegebenenfalls werden sie nicht als fehlerhaft erkannt. Selbst wenn sie als fehlerhaft vermutet werden, ist es eher schwierig, die Größenordnung, d.h. die Wichtigkeit der Fehlerhaftigkeit, zu beurteilen. Dies gilt besonders für sehr große Schaltungen.
  • In der vorhergehenden Beschreibung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf ein spezifisches beispielhaftes Ausführungsbeispiel beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass diverse Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne von der umfassenderen Idee und dem Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind entsprechend als veranschaulichend und nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
  • Die vorliegende Erfindung kann in Hardware, Software oder einer Kombination aus Hardware und Software realisiert werden. Jede Art von Computersystem oder anderer Vorrichtungen, die auf die Ausführung der hierin beschriebenen Verfahren ausgelegt ist, ist geeignet. Eine typische Kombination von Hardware und Software könnte ein Universalrechnersystem mit einer darauf installierten Hardwaresimulationsplattform bzw. ein Computersystem zum Testen von Hardware mit einem Computerprogramm sein, das, wenn es geladen und ausgeführt wird, das Computersystem so steuert, dass es die hierin beschriebenen Verfahren ausführt.
  • Die vorliegende Erfindung kann auch in ein Computerprogrammprodukt integriert werden, das all die Merkmale, die die Ausführung der hierin beschriebenen Verfahren ermöglichen, umfasst, und das – wenn es in einem Computersystem geladen ist – in der Lage ist, diese Verfahren auszuführen.
  • Computerprogramm bzw. Computerprogramm im aktuellen Kontext bedeutet jeden Ausdruck, in jeder Sprache, jedem Code oder jeder Notation, einer Reihe von Anweisungen, die darauf ausgelegt ist, zu verursachen, dass ein System mit der Fähigkeit zur Informationsverarbeitung eine bestimmte Funktion entweder direkt oder nach einem oder beiden der Folgenden durchführt:
    • a) Umwandlung in eine andere Sprache, einen anderen Code oder eine andere Notation;
    • b) Reproduktion in einer unterschiedlichen materiellen Form.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Simulation von Hardwareschaltungen, während dem Spannungen an einer Mehrzahl von Schaltungsknoten berechnet werden, das die folgenden Schritte umfasst: Durchführung (110) eines ersten DC-Simulationsdurchlaufs zu Beginn eines Funktionszyklus', und Durchführung (120) eines zweiten DC-Simulationsdurchlaufs am Ende des Funktionszyklus', Vergleich (130) simulierter Werte aus beiden Durchläufen an entsprechenden Schaltungsknoten, Speicherung von Nichtübereinstimmungsinformationen über mit statischen Fehlern behaftete Knoten, bei denen sich die berechneten Werte um mehr als einen vorher festgelegten ersten Schwellwert unterscheiden, durch die folgenden Schritte gekennzeichnet: Bekanntgabe der Nichtübereinstimmungsinformationen für eine manuelle Korrektur der Eingangsspannungswellenform, Durchführung (150) einer Analyse im Einschwingzustand, die denselben Funktionszyklus nach der Korrektur abdeckt, Vergleich (160) berechneter Werte aus der Analyse mit berechneten Werten aus dem ersten und zweiten DC-Simulationsdurchlauf an entsprechenden Schaltungsknoten, und Speicherung von Nichtübereinstimmungsinformationen über mit dynamischen Fehlern behaftete Knoten, bei denen sich die berechneten Werte um mehr als einen vorher festgelegten zweiten Schwellwert unterscheiden.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, das ferner den Schritt der automatischen Korrektur (170) dynamischer Fehler in einer Simulationseingabedatei umfasst.
  3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, das ferner den Schritt der Durchführung einer iterativen Hardwaresimulation mit der korrigierten Simulationseingabedatei umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Hardware gemäß der Technologie Silicon-On Insulator (SOI) konstruiert ist.
  5. Computersystem mit installiertem Programmmittel, das Programmcodeteile zur Ausführung der Schritte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  6. Computersystem zum Testen von Hardware mit installiertem Programmmittel, das Programmcodeteile zur Ausführung der Schritte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 umfasst.
  7. Computerprogramm, das Codeteile umfasst, die dafür angepasst sind, die Schritte gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 auszuführen, wenn das Programm in einem Computersystem geladen ist.
  8. Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenverwendbaren Medium gespeichert ist und maschinenlesbare Programmmittel umfasst, die verursachen, dass ein Computer das Verfahren aus irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 durchführt.
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