JP2940467B2 - 出力負荷容量計算方法 - Google Patents
出力負荷容量計算方法Info
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Description
論理シミュレーションのゲート遅延解析技術に関し、特
にCMOS回路のゲート出力負荷容量の計算方法に関す
る。
イクロプロセッサなどのCMOSディジタル回路は、高
集積化及び回路規模の大規模化に伴い、トランジスタレ
ベルでの回路動作の検証、例えば、回路シミュレータS
PICE等を用いて回路シミュレーションを行うには、
計算時間がかかり過ぎると共に、節点(ノード)数が膨
大となり、回路全体のシミュレーションを行うことは、
実際上ほとんど不可能である。
いるシミュレーション技法としては、回路内で使用され
ている各ゲートや、フリップフロップ等の論理ブロック
レベルに遅延情報を持たせ、波形パタンを入力すること
により、論理的なシミュレーションを行う方法が用いら
れている。この方法は、トランジスタレベルでの回路シ
ミュレーションに比べ、実行時間の高速化が容易であ
り、さらに大規模回路に対しても容易に適用できるとい
う利点を有している。しかしながら、この場合、遅延の
解析精度は大幅に低下してしまうという欠点があり、こ
の遅延解析精度をいかに向上するかが大きな問題となっ
ている。
量を変数として、直線近似式を用いてゲート遅延算出を
行っていた。すなわち、 出力負荷容量=(配線容量)+(接続している入力端子容量の和) …(1) とし、 ゲート遅延=(予め用意された遅延ライブラリに格納された論理ゲートタイプ 毎の遅延計数)+(出力負荷容量) …(2) にて、ゲート遅延を求めていた。
い、ゲート遅延は、出力負荷容量と入力波形の鈍りの2
つの要素が支配的になっており、またメディアディレイ
(伝搬遅延)、すなわちレイアウト後に発生する寄生素
子の配線抵抗と配線容量による配線遅延も無視できない
遅延要素として問題が大きく顕在化している。
良く計算する手法として、特開平1−271869号公
報には、伝搬遅延時間の計算を、出力端子に接続される
負荷容量と入力される波形の立ち上がり・立ち下がり時
間の二つのパラメータから行う事により高精度で計算す
る事を可能とした伝搬遅延時間計算方法が提案されてい
る。すなわち、この伝搬遅延時間計算方法は、ゲート遅
延算出において、先の遅延要素である出力負荷容量と入
力波形鈍りの情報をもとにゲート遅延を算出する方法で
あり、予め用意したゲートの遅延ライブラリ(負荷容量
と入力波形鈍りの2変数で表現した2次元のテーブル形
式ライブラリ)と、遅延算出の対象となるゲートの入力
端子に印加される入力波形鈍りと、出力端子の出力負荷
容量と、をもとにゲート遅延を算出するものである。
71869号公報に提案されるようなゲート遅延計算方
法、すなわち入力側の入力波形鈍りと出力側に負荷容量
と予め用意した遅延ライブラリからゲート遅延を算出す
る方法は、遅延の精度向上に寄与するものであるが、依
然として大きな課題が残されている。
ているネットの配線容量と端子容量の総和としたスタテ
ィック(静的)なものとしてしている点である。これ
は、遅延の精度向上に大きな悪影響を及ぼす。
子等を接続する配線の幅は、益々細くなるに至ってお
り、必然的に配線抵抗の抵抗値の増大が顕在化してい
る。
延が大きくなると同時に、出力負荷容量の値が、配線抵
抗の影響により、従来のスタティックな容量の見積もり
とは異なった値になることを意味している。
合、すなわち、配線抵抗値が大きいと、出力負荷容量
が、従来方式の計算で得られるスタティックな容量値よ
りも小さくなるということが報告され、このような現象
は、実際に確認されている。
れている、出力負荷容量の見積もり方法では、実際より
もゲート遅延は大きくなり、その結果、実際のゲート遅
延の振る舞いとは異なった回路動作を検証することにな
るため、論理シミュレーションの精度が悪化してしまう
という問題点を有している。さらに、プロセスの特性を
最大限に利用した設計が不可能となってしまっている。
れたものであって、その目的は、ゲート遅延算出に大き
な影響を与える出力負荷容量を、レイアウトの結果生じ
る配線抵抗や配線容量をダイナミック(動的)に考慮す
ることにより、実動作時に対応した高精度の出力負荷容
量計算方法を提供することにある。
め、本発明は、回路シミュレーションの過渡解析結果を
基に、予め定めたしきい値電圧に到達した時刻までに、
前記ゲートの出力端子から放電された電荷量から出力負
荷容量を求めることを特徴とする出力負荷容量計算方法
を提供する。
端子間のレイアウト後の配線抵抗及び配線容量回路網か
らなる接続情報をもとに、回路シミュレータにより、解
析対象のゲートの過渡解析を行い、(b)該過渡解析結
果をもとに、前記ゲートの過渡出力波形が予め定めたし
きい値に到達した時刻(「しきい値到達時刻」という)
を算出し、(c)前記過渡解析結果情報と前記しきい値
到達時刻をもとに算出された電荷量から前記ゲートの出
力負荷容量を算出する、ことを特徴とする出力負荷容量
計算方法を提供する。
を参照して以下に詳細に説明する。
めの図であり、システム全体の構成を示したものであ
る。
は、ゲートおよびその出力端子に接続するゲートの入力
側端子容量と、配線抵抗・配線容量回路網からなるネッ
ト情報である。回路シミュレータモジュール2は、ゲー
ト回路ネット情報1からネット情報ファイルを入力と
し、過渡解析(transient analysi
s)の回路シミュレーションを実行し、過渡解析の実行
結果を過渡解析結果ファイル3に出力する。なお、本発
明の実施の形態においては、回路シミュレータモジュー
ル2による過渡解析は、基本的に、出力負荷容量算出対
象のゲート回路とされており、LSI全体をトランジス
タレベルで回路シミュレーションするものではない。
果ファイル3に格納された回路シミュレーションの過渡
解析結果情報をもとに、出力波形がしきい値電圧(例え
ば論理しきい値電圧)に到達した時刻を算出し、しきい
値電圧到達時刻情報5に出力する。
析結果ファイル3の情報としきい値電圧到達時刻情報5
をもとに、ゲートの出力端子から放電された電荷量を算
出し、その電荷量から、さらに出力負荷容量を算出し、
実行結果をゲート出力負荷容量情報7に出力する。
シミュレータモジュール2、配線遅延計算モジュール
4、出力負荷容量算出モジュール6において各種計算を
行うための情報、例えばしきい値電圧Vthや電源電圧情
報等、を格納している。
例に基づき説明する。
うなゲートの端子間をレイアウト後の配線抵抗と配線容
量からなる回路網で記述したネットデータをもとに、図
3に示すように、ゲートをトランジスタレベルで記述し
たネットデータ(図2のゲートAをPチャネル型MOS
トランジスタとNチャネル型MOSトランジスタのCM
OS型インバータで記述)や、図4に示すように、ゲー
トを出力インピーダンスでモデル化(すなわちゲートA
をインピーダンスZでモデル化)したネットデータへ変
換したものである。図2や図3のいずれのネットデータ
も、配線抵抗・配線容量および入力端子容量等の素子か
らなる回路網がゲートの出力端子に相当するノードに接
続されている。
明する。
回路ネット情報1と出力負荷容量算出指示ファイル8を
入力(すなわち遅延解析の対象とされる経路のゲート回
路についてレイアウト後のネット情報と、電源電圧等を
入力)して、回路シミュレータモジュール2で過渡解析
シミュレーションを行い、各時刻における各ノードの電
圧値情報ならびに電流値情報を格納した過渡解析結果フ
ァイル3を出力する。回路シミュレータモジュール2
は、例えばSPICEと同様な、ニュートンラプソン
(Newton−Raphson)法や修正節点解析法
(回路解析手法である節点解析法で取り扱いが困難な電
圧源、インダクタンスや電流依存素子に対して必要な電
流変数を随時導入しコンパクトな形で一般性を確保した
もの)などの解析アルゴリズムを備えている。
析結果情報の様子、すなわち回路のパルス入力(図中破
線参照)に対する、プローブ対象とされた各ノードA、
B、Cの過渡特性(各ノードの電圧波形とノードAの電
流波形)を示す。
計算された過渡解析結果ファイル3と、出力負荷容量算
出指示ファイル8と、を入力として、配線遅延計算モジ
ュール4にて、ゲートの出力端子に相当するノードがし
きい値電圧値(Vth)に到達する時刻を算出し、その時
刻情報(T_Vth)をしきい値電圧到達情報5に出力す
る(図6参照)。
ファイル3と、しきい値電圧到達時刻情報5と、出力負
荷容量算出指示ファイル8と、を入力として、出力負荷
容量算出モジュール6にて、しきい値電圧到達時刻(T
_Vth)までに放電された電荷量を時刻積分法により計
算し、求めた電荷量Qと電源電圧値Vとから、Q=CV
をもとに次式(3)にて出力負荷容量を求める。図7
に、ノードAの過渡解析電流波形におけるしきい値電圧
到達時刻(T_Vth)までの電荷QとゲートAの出力負
荷容量の関係を模式的に示す。この場合、ゲートAの出
力負荷容量は次式(3)で与えられる。
タイプの配線抵抗・容量回路網を集中定数の負荷容量モ
デルに置換できる。
遅延計算時に不可欠とされる出力負荷容量を実際のレイ
アウト後の配線抵抗・配線容量を考慮し、実動作の出力
端子から放電された電荷量から算出する手法を採用した
ことにより、計算された出力負荷容量値で論理シミュレ
ーション用のゲート遅延を算出することにより、LSI
回路全体をSPICE等の回路シミュレータでシミュレ
ーションする場合とほとんど同じ精度の論理シミュレー
ションを行うことができる。すなわち、本発明によれ
ば、回路シミュレータでシミュレーションしたものと同
様に、非常な高精度で出力負荷容量見積もりを行うこと
が可能とされるという効果がある。
量回路網を集中定数の負荷容量モデルに置換できる全く
新規なアプローチであり、その実用的価値は極めて高
い。
チャートである。
り、入力データとなるレイアウト後の配線抵抗・容量を
加味したゲート間接続回路図である。
り、入力データとなる、ゲートトランジスタレベルで記
述したネット情報の回路接続を示す図である。
り、入力データとなる、ゲートを出力インピーダンスで
記述したネット情報の回路接続を示す図である。
り、回路シミュレータモジュールの出力データである各
ノードの過渡解析結果情報の波形を示した図である。
り、遅延計算モジュールの計算過程を模式的に示した図
である。
り、出力負荷算出モジュールの計算過程を模式的に示し
た図である。
Claims (2)
- 【請求項1】各ゲートの出力端子に接続される配線抵抗
・容量回路網を、集中定数の出力負荷容量に置換する計
算工程を含む出力負荷容量計算方法において、回路シミュレーションの過渡解析結果を基に、予め定め
たしきい値電圧に到達した時刻までに、前記ゲートの出
力端子から放電された電荷量から、前記出力負荷容量を
求める、 ことを特徴とする出力負荷容量計算方法。 - 【請求項2】(a)ゲート端子間のレイアウト後の配線
抵抗及び配線容量回路網からなる接続情報をもとに、回
路シミュレータにより、解析対象のゲートの過渡解析を
行い、 (b)該過渡解析結果から、前記ゲートの過渡出力波形
が予め定めたしきい値に到達した時刻(「しきい値到達
時刻」という)を算出し、 (c)前記過渡解析結果情報と前記しきい値到達時刻を
もとに算出された電荷量から前記ゲートの出力負荷容量
を算出する、 ことを特徴とする出力負荷容量計算方法。
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1996
- 1996-03-22 JP JP9308196A patent/JP2940467B2/ja not_active Expired - Fee Related
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