一種基於電流源模型的SoC電源分析與驗證方法

IR壓降問題的表現常常類似一些時序甚至可能是訊號的完整性問題。如果晶片的全局IR壓降過高，則邏輯閘就

有功能故障，使晶片徹底失效，儘管邏輯模擬顯示設計是正確的。而局部IR壓降比較感應，它只在一些特定的條件

下才可能產生，例如所有的匯流排數據同步進行翻轉，因此晶片會間歇性的表現出一些功能故障。而IR壓降比較普

遍的影響就是降低了晶片的速度。試驗顯示，邏輯閘單元上5%的IR壓降將使正常的閘速度降低15%。

電遷移問題

金屬電遷移問題用來表示導致晶片上金屬互連線斷裂、熔化等的一些失效原因。當電子流過金屬線時，將同金

屬線的原子產生碰撞，碰撞導致金屬的電阻增大，並且會發熱。在一定時間內如果有大量的電子同金屬原子產生碰

撞，金屬原子就會沿著電子的方向進行流動。這將會導致兩個問題：第一，行動後的原子將在金屬上留下一個空位，

如果大量的原子被行動，則連線斷開；第二，被行動的原子必須停在某一個地方，如果這些原子停在某個地方使別的

金屬連線短路，則晶片的邏輯功能.

就被改變，因而產生錯誤。

電遷移是一個長時間的損耗現象，常常表現出經過一段時間後晶片有時序或

功能性錯誤。如果晶片中某一根連線是唯一的，那麼當產生電遷移問題以後，會導

致整個晶片的功能失效。如果一些連線本來就有冗餘設計，例如電源網路，當產生

電遷移問題後，其中的一部份連線會斷開，而其它部份的連線就會承受較大的IR

壓降問題。如果因為電遷移而導致了線路間的短路，那整個晶片就失效。

VSPACE=12 HSPACE=12 ALT=

圖3:VoltageStorm分析結果。

基於VoltageStorm的電源驗證流程

Simplex公司(屬於Cadence公司)提供了一整套電源分析、驗證的工具，能夠幫助設計工程師可靠地完成整個電

源設計。它基於一種電流源等效模型，首先擷取電源網格上的寄生參數，並將設計中的每一個MOSFET等效為一個電

流源(見圖2)，並運算出每個MOSFET的帶狀電流(tap-current)，然後用VoltageStorm對電源網格做IR壓降和EM方面的

分析驗證，並產生最後分析的結果以備工程師檢查所設計電源網格是否符合預期要求。

VoltageStorm支援層次性設計，對某一模組分析後的結果可以產生VoltageStorm的格式庫，直接作為下一級

設計輸入，這樣可以節省下一級設計分析時間。VoltageStorm支援命令格式文件流程，設定好相關參數以後(例如分

析需要的庫文件，設計中每個元件的功率文件，所需要分析的電源網路名字及其電壓大小等)，就可以運用

VoltageStorm完成整個分析驗證。