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VLSI三维互连全耦合电容矩阵的层次式提取算法研究

VLSI三维互连全耦合电容矩阵的层次式提取算法研究

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作者：李漓清华大学

学位级别：硕士

集成电路特征尺寸的急剧缩小、工作频率的不断提高已使互连寄生效应成为影响VLSI电路性能的主要因素[1]。在GHz以上纳米级数字与数-模混合电路中,为了高精度的时延和串扰分析,需要快速准确地计算金属连线间的耦合寄生电容,这使得提取所... 详细信息

集成电路特征尺寸的急剧缩小、工作频率的不断提高已使互连寄生效应成为影响VLSI电路性能的主要因素[1]。在GHz以上纳米级数字与数-模混合电路中,为了高精度的时延和串扰分析,需要快速准确地计算金属连线间的耦合寄生电容,这使得提取所有导体间的全耦合电容矩阵变得越发重要。近几年来,全耦合电容矩阵计算的一些初步探索已经逐步展开,如宏模型和区域分解等。最近,本课题组基于直接边界元法提出一种三维全局电容矩阵提取方法——层次式块边界元法(Hierarchical Block Boundary Element Method, HBBEM)[2],其通过计算小规模三维块的边界电容矩阵(Boundary capacitance matrix, BCM)和层次式合并算法,大大减少了提取电容矩阵的计算量。基于论文[2]提出的层次式块边界元法,本文做了以下多项改进:提出三维BEM子块的多层混合切割方法,使各BEM子块之间的交界面更小,从整体上提高了层次式合并算法的速度。提出边界元非均匀划分方法,可根据不同介质层具有不同线宽和线间距的特点,作有效的边界元非均匀划分,提高了对BEM子块的BCM进行计算与合并的速度,尤其适合于对数-模混合电路的提取。将BCM计算的复用推广到所有的BEM叶子块上,允许其中包含任意数目和形状的导体。改进了层次式计算的流程,使算法的空间复杂度降到原算法的1/5左右。本文所述各项算法均已实现于全耦合电容提取程序HBBEM中。对若干实际数-模混合电路版图的计算结果表明,跟论文[2]所实现的程序原型HBBEM相比,改进后HBBEM的速度可提高一倍以上,并且精度有显著改善;在计算含多层布线介质且线宽、线间距变化剧烈的模拟集成电路时,对精度的改善尤其突出。大量数值结果表明,改进的HBBEM在提高算法的适应性与稳定性方面达到了很好的效果,能够较好适应多层实际数-模混合电路的模拟需要。

关键词： VLSI电路三维互连电容直接边界元法全耦合电容矩阵层次式算法

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