CN102663161A - 一种射频集成电路三角网格剖分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种射频集成电路三角网格剖分的方法，通过将金属层切割成矩形和多边形，再对切割生成的矩形和多边形，分别根据预先设定的三角网格边缘的最大宽度做三角网格剖分处理，最后生成三角形的点索引和边索引，并对每层电流相同的三角形分别进行归类。本发明设计的一种射频集成电路三角网格剖分的方法，不仅能够增强三角网格剖分的质量和效率，而且能够提高电磁场仿真速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频集成电路三角网格剖分的方法，为电磁场仿真提供了必要的前提条件。
背景技术
近年来，无线通信技术发展迅速，无线产品被广泛的应用于人们生活的各个方面，对射频集成电路也提出了更高的要求，要求具有更优的信号处理能力和更短的产品开发周期。
射频集成电路主要由晶体管有源器件和电感电容等无源器件构成，按照传统的设计方法，设计者首先根据系统需求制定射频集成电路的性能参数，确定电路结构画电路原理图，用电路仿真确定电路原理图的参数设计正确，再根据电路原理图画版图，完成版图之后需要进行版图和原理图的对照验证，以确定版图的正确性，接着提取版图的寄生参数并做后仿真，如果后仿真的结果不理想，则返回原理图优化设计参数，同时修改相应的版图，然后继续提取版图的寄生参数并做后仿真，如果后仿真的结果达到设计的预期效果就送代工厂制作芯片。
在射频集成电路的设计中，仿真是必不可少的一项内容，而仿真的结果会直接影响集成电路的设计，若仿真的结果与实际偏差很大，设计者不得不重新设计集成电路，这样不仅增加了产品的开发周期，而且还增加了成本，而仿真的前提条件是对设计的集成电路的版图作必要的处理才可以进行，在仿真的格林函数矩阵计算中，需要计算电流的走向，这就要求对版图进行三角网格剖分，三角网格剖分的质量、准确性以及效率都会对仿真产生很大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够增强三角网格剖分的质量和效率，并且能够提高电磁场仿真速度的应用于射频集成电路三角网格剖分的方法。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种射频集成电路三角网格剖分的方法，包括如下步骤:
对金属层做三角网格剖分并加入高度信息；
对所有生成的三角形进行合并，生成点索引和边索引；
对每层电流相同的三角形分别进行归类，
其特征在于：能够根据预先设定的三角网格边缘的最大宽度对金属层做三角网格剖分，在上述步骤之前还包括步骤：将金属层切割成矩形和多边形，然后分别对矩形和多边形进行三角网格剖分。
作为本发明的一种优化方法：所述将金属层切割成矩形和多边形包括如下步骤：
（1）对每个通孔层中的通孔进行合并；
（2）对合并后的所有通孔进行处理，将通孔层中的通孔分别映射到对应的上下金属层；
（3）对金属层图形进行切割，切割生成矩形和多边形；
（4）对金属层中的通孔进行处理；
（5）将金属层对应的通孔层上的通孔，分别映射到切割后的矩形和多边形。
作为本发明的一种优化方法：所述步骤（1）中包括如下步骤：
（a）针对每个通孔层中所有通孔进行处理，使得所有通孔层中通孔的起始点和点的方向统一；
（b）针对每个通孔层，取出其中一个通孔作为通孔①；
（c）取得该通孔层中通孔的最短边长度；
（d）针对通孔①,遍历该通孔层中剩下的通孔，如果有通孔②与通孔①的横向距离不大于最短边的1.5倍，则取得这两个通孔的边框，用该边框的图形替代通孔①,并移除通孔②；
（e）判断是否遍历了所有通孔，是则继续，否则返回步骤（c）；
（f）取得该通孔层中通孔的最短边长度；
（g）针对通孔①,遍历该通孔层中剩下的通孔，如果有通孔②与通孔①的垂直距离不大于最短边的1.5倍，则取得这两个通孔的边框，用该边框的图形替代通孔①,并移除通孔②；
（h）判断是否遍历了所有通孔，是则结束，否则返回步骤（f）。
作为本发明的一种优化方法：所述步骤（2）中对通孔层中的通孔分别映射到对应的上下金属层，包括如下步骤：
（a） 若通孔层与对应的金属层同一位置的通孔一个包含另一个，则用被包含的替代包含的；
（b） 若通孔层与对应的金属层同一位置的通孔相交，则用它们的交集代替它们两个。
作为本发明的一种优化方法：所述步骤（3）中针对金属板中每个图形的切割工作包括如下步骤：
（a）按图形边的走向，对图形的每条边计算出边的走向和斜率；
（b）取出图形中的一条边作为边①；
（c）针对边①，遍历该图形剩下的所有边，如果有边②与边①的方向不同且斜率相同，通过两条线相互做垂线，能够构成一个矩形；
（d）判断该图形是否包含该矩形，是则继续，否则返回步骤（c）；
（e）将该矩形填入相应的数据结构；
（f）将剩下的图形标记为多边形；
（g）判断剩下的多边形图形是否能切割，是则返回步骤（a），否则继续；
（h）合并相邻的多边形。
作为本发明的一种优化方法：所述步骤（4）中对金属层中的通孔的处理，是针对金属板中每个图形进行操作的，包括如下步骤：
（a）取出该图形切割后所有矩形或多边形中的一个，标记为①；
（b）判断是否取完该图形切割后所有的矩形或多边形，是则合并相邻的多边形，结束，否则继续；
（c）取出该图形中的一个通孔，标记为②；
（d）判断是否取完该图形中所有的通孔，是则返回步骤（a），否则继续；
（e）判断①是否是多边形，是则进入分支ⅰ，否则进入分支ⅱ；
其中，分支ⅰ包括如下步骤：
（ⅰ）判断①是否包含②，是则继续，否则返回步骤（c）；
（ⅱ）将①记录到数据结构中，并移除②，后返回步骤（c）；
分支ⅱ包括如下步骤：
（ⅰ）判断①是否包含或者与②相交，是则继续，否则返回步骤（c）；
（ⅱ）判断对①是否能再切割，是则进入分支ⅲ,否则进入分支ⅳ；
其中，分支ⅲ包括如下步骤：
[ⅰ]判断对①再切割后是否包含②,是则进入分支ⅴ，否则进入分支ⅵ；
其中分支ⅴ：将包含②的矩形标记为多边形，且移除②，并将切割后的其它图形标记为矩形，返回步骤（c）；
分支ⅵ：将切割后的图形标记为矩形，与②相交的图形标记为多边形，返回步骤（c）；
分支ⅳ包括如下步骤：
[ⅰ]判断①是否包含②，是则继续，否则进入分支ⅵ；
[ⅱ]将①标记为多边形，并且移除②，返回步骤（c）。
作为本发明的一种优化方法：所述步骤（5）采用步骤（4）操作方法对金属层对应的通孔层上的通孔进行映射的操作，但之前需要判断金属层对应的通孔层上的通孔是否在步骤（4）中金属层的通孔中，如果在，那么就不需要执行步骤（5）的映射操作。
作为本发明的一种优化方法：所述对矩形进行三角网格剖分中，朝相同的矩形走向进行三角网格剖分操作。
作为本发明的一种优化方法：所述对多边形进行三角网格剖分中，要求三角形外围网格化密度高，内部网格化密度低，且三角形的最小角度不低于20°。
作为本发明的一种优化方法：所述将金属层切割成矩形和多边形的操作中，对于电容层需要特殊处理，与之对应的金属层中的通孔需要做三角网格剖分，并且与电容层的三角网格剖分一致。
本发明所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）对切割后的矩形和多边形分别作三角网格剖分，便于更好的管理；
（2）三角网格剖分中，可以由用户指定最大等分三角网格边缘的宽度和矩形边的宽度收缩比例，给用户提供了自由选择性；
（3）对矩形边进行的宽度收缩，更能体现电流的密度；
（4）对多边形做三角网格剖分中，保证了三角形的最小角不低于20°，并且三角形外围网格化密度高，内部网格化密度低，这样在不影响三角网格剖分质量的前提下，提高仿真的速度；
（5）保持了上下金属层通孔的三角网格剖分的一致性，易于电磁场仿真的实施，并能够提高电磁场仿真的效率；
（6）对电容层做了特别处理，使得电容层的三角网格剖分保持一致，这样能够大幅度提高电磁场仿真的速度；
（7）对电流相同的三角形进行了归类，在电磁场仿真中，当计算了其中一个后，其它就不用再进行计算，能够大幅度提高电磁场仿真的效率，使用户可以更快的看到仿真的结果；
（8）加入了高度信息，将二维平面转换成三维图形，提高了电磁场仿真的速度和效率。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明方法中步骤（1）的流程图；
图3为本发明方法中步骤（3）的流程图；
图4为本发明方法中步骤（4）的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明设计了一种射频集成电路三角网格剖分的方法，包括如下步骤：
（1）根据器件端口的坐标，检查器件端口的位置是否正确，若不正确，则退出；
（2）对每个通孔层中的通孔进行合并，减少仿真时间；
其中如图2所示，由于通孔层中的通孔是矩形且没有偏向，因此步骤（2）中包括如下步骤：
（a）针对每个通孔层中所有通孔进行处理，使得所有通孔层中通孔的起始点和点的方向统一；
（b）针对每个通孔层，取出其中一个通孔作为通孔①；
（c）取得该通孔层中通孔的最短边长度；
（d）针对通孔①,遍历该通孔层中剩下的通孔，如果有通孔②与通孔①的横向距离不大于最短边的1.5倍，则取得这两个通孔的边框，用该边框的图形替代通孔①,并移除通孔②；
（e）判断是否遍历了所有通孔，是则继续，否则返回步骤（c）；
（f）取得该通孔层中通孔的最短边长度；
（g）针对通孔①,遍历该通孔层中剩下的通孔，如果有通孔②与通孔①的垂直距离不大于最短边的1.5倍，则取得这两个通孔的边框，用该边框的图形替代通孔①,并移除通孔②；
（h）判断是否遍历了所有通孔，是则结束，否则返回步骤（f）。
（3）对合并后的所有通孔进行处理，将通孔层中的通孔分别映射到对应的上下金属层，使得上下金属层的通孔相互匹配，包括如下步骤：
（a） 若通孔层与对应的金属层同一位置的通孔一个包含另一个，则用被包含的替代包含的；
（b） 若通孔层与对应的金属层同一位置的通孔相交，则用它们的交集代替它们两个。
（4）对需要三角网格剖分的图形层的次序进行调整，特别是电容层需要特殊处理，电容层中，与之对应的金属层中的通孔需要做三角网格剖分，并且与电容层的三角网格剖分一致；
（5）对金属层图形进行编号；
（6）对金属层图形进行切割，切割生成矩形和多边形；
其中如图3所示，由于每个金属层由许多图形构成，因此步骤（6）中针对金属板中每个图形的切割工作包括如下步骤：
（a）按图形边的走向，对图形的每条边计算出边的走向和斜率；
（b）取出图形中的一条边作为边①；
（c）针对边①，遍历该图形剩下的所有边，如果有边②与边①的方向不同且斜率相同，通过两条线相互做垂线，能够构成一个矩形；
（d）判断该图形是否包含该矩形，是则继续，否则返回步骤（c）；
（e）将该矩形填入相应的数据结构；
（f）将剩下的图形标记为多边形；
（g）判断剩下的多边形图形是否能切割，是则返回步骤（a），否则继续；
（h）合并相邻的多边形。
（7）对金属层中的通孔进行处理，使得在三角网格剖分中，通孔不进行三角网格剖分；
其中如图4所示，步骤（7）中对金属层中的通孔的处理，是针对金属板中每个图形进行操作的，包括如下步骤：
（a）取出该图形切割后所有矩形或多边形中的一个，标记为①；
（b）判断是否取完该图形切割后所有的矩形或多边形，是则合并相邻的多边形，结束，否则继续；
（c）取出该图形中的一个通孔，标记为②；
（d）判断是否取完该图形中所有的通孔，是则返回步骤（a），否则继续；
（e）判断①是否是多边形，是则进入分支ⅰ，否则进入分支ⅱ；
其中，分支ⅰ包括如下步骤：
（ⅰ）判断①是否包含②，是则继续，否则返回步骤（c）；
（ⅱ）将①记录到数据结构中，并移除②，后返回步骤（c）；
分支ⅱ包括如下步骤：
（ⅰ）判断①是否包含或者与②相交，是则继续，否则返回步骤（c）；
（ⅱ）判断对①是否能再切割，是则进入分支ⅲ,否则进入分支ⅳ；
其中，分支ⅲ包括如下步骤：
[ⅰ]判断对①再切割后是否包含②,是则进入分支ⅴ，否则进入分支ⅵ；
其中分支ⅴ：将包含②的矩形标记为多边形，且移除②，并将切割后的其它图形标记为矩形，返回步骤（c）；
分支ⅵ：将切割后的图形标记为矩形，与②相交的图形标记为多边形，返回步骤（c）；
分支ⅳ包括如下步骤：
[ⅰ]判断①是否包含②，是则继续，否则进入分支ⅵ；
[ⅱ]将①标记为多边形，并且移除②，返回步骤（c）。
（8）将金属层对应的通孔层上的通孔，分别映射到切割后的矩形和多边形，若映射到矩形中，则该矩形作为带孔的多边形进行三角网格剖分，这样映射后就建立了层之间的关系，使得在电磁场仿真中电流可以相通；
其中，所述步骤（8）采用步骤（7）操作方法对金属层对应的通孔层上的通孔进行映射的操作，但之前需要判断金属层对应的通孔层上的通孔是否在步骤（7）中金属层的通孔中，如果在，那么就不需要执行步骤（8）的映射操作。
（9）对金属层中的矩形做三角网格剖分并加入高度信息，且对所有矩形的三角网格剖分朝相同的矩形走向进行，并找出相同的网格图案；
（10）对金属层中的多边形（可能带挖孔或者连接通孔）做三角网格剖分，并加入高度信息，多边形的三角网格剖分要求三角形外围网格化密度高，内部网格化密度低，且三角形的最小角度不低于20°；
（11）判断是否处理完所有层，是则继续，否则返回步骤（6）；
（12）由于电磁场仿真需要的点、边的索引都是唯一的，且三角网格剖分生成的三角形每条边的索引与与之对应的三角形的顶点相对应，那么就需要对所有层生成的三角形进行合并，生成点索引和边索引；
（13）对每层电流相同的三角形（一是所有全等三角形归为一类，二是对由两个三角形构成的图形在偏移且不旋转后能重合的归类一类）分别进行归类。
本发明设计了一种射频集成电路三角网格剖分的方法，对集成电路版图每一层的上下金属层分别作切割处理，将切割后得到的矩形和多边形进行归类，并将通孔层的通孔分别映射到对应的上下金属层，使得上下金属层经过三角网格剖分后的形状相同，并对所有矩形朝相同的矩形走向进行三角网格剖分，这样所得到的三角形基本上相同，为之后的相同三角形归类打基础，最后分别对每层进行三角形归类，在格林函数矩阵计算中，具有相同电流流向的三角形不再需要计算，提高仿真的速度，在整个三角网格剖分中，运用了多线程技术，使得三角网格的剖分更快。
在集成电路的具体设计中，设计者首先根据系统需求制定设计目标，然后选择合适的电路结构来实现设计。电路结构确定后，设计者根据设计要求先设计晶体管，使性能达到各项设计要求。然后利用电感、电容和电阻等无源器件对电路进行匹配，从而使电路能够在需要的状态下工作，使用电路仿真辅助设计，调试并优化电路的各个参数。
当完成电路设计与仿真后，就按照电路进行版图设计。设计者需要规划无源器件和有源的摆放位置、高频信号线的走线路径以及必要的隔离设计等。设计版图还需要进行设计规则检查，以确保版图的布局可以实际被实现。
完成版图的设计后，需要对二维平面进行三角网格剖分，并加入厚度信息，转为三维图形，并为仿真提供了必要的数据，之后进行仿真，完成三维快速电磁场仿真后查看结果是否满足设计要求，如果满足设计要求，则进行下一步，将设计送代工厂流片。如果未达到设计要求，则需修改原设计。
本发明中提出的一种射频集成电路三角网格剖分的方法，在三维电磁场仿真的设计流程中起到了重要的作用，对图形做了更多的处理，在电磁场仿真中，无需花费很多时间做二维模型到三维模型的提取、转换与建立工作。设计者只需提取版图，然后提供平面图形和工艺技术信息，便可由二维的版图直接获得三维模型。
因为版图只有平面信息，所以首先需要在原有的设计中加载工艺技术，工艺技术包含：器件结构的厚度以及器件材料的信息，如，电导率，介电常数，损耗等。对于采用相同工艺的集成电路设计，则只需要做一次加载工艺技术即可。
选择版图中需要进行三维电磁场仿真的部分，按照关联性将它们划分为一个单元或多个单元。因为拥有了厚度信息，所以这些单元由版图经过三角网格剖分处理后直接生成三维模型结构，直接应用三维电磁场仿真，对划分的各个单元进行分析。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1. 一种射频集成电路三角网格剖分的方法，包括如下步骤:
对金属层做三角网格剖分并加入高度信息；
对所有生成的三角形进行合并，生成点索引和边索引；
对每层电流相同的三角形分别进行归类，
其特征在于：能够根据预先设定的三角网格边缘的最大宽度对金属层做三角网格剖分，在上述步骤之前还包括步骤：将金属层切割成矩形和多边形，然后分别对矩形和多边形进行三角网格剖分。
2. 根据权利要求1所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法，其特征在于：所述将金属层切割成矩形和多边形包括如下步骤：
（1）对每个通孔层中的通孔进行合并；
（2）对合并后的所有通孔进行处理，将通孔层中的通孔分别映射到对应的上下金属层；
（3）对金属层图形进行切割，切割生成矩形和多边形；
（4）对金属层中的通孔进行处理；
（5）将金属层对应的通孔层上的通孔，分别映射到切割后的矩形和多边形。
3. 根据权利要求2所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法，其特征在于：所述步骤（1）中包括如下步骤：
（a）针对每个通孔层中所有通孔进行处理，使得所有通孔层中通孔的起始点和点的方向统一；
（b）针对每个通孔层，取出其中一个通孔作为通孔①；
（c）取得该通孔层中通孔的最短边长度；
（d）针对通孔①,遍历该通孔层中剩下的通孔，如果有通孔②与通孔①的横向距离不大于最短边的1.5倍，则取得这两个通孔的边框，用该边框的图形替代通孔①,并移除通孔②；
（e）判断是否遍历了所有通孔，是则继续，否则返回步骤（c）；
（f）取得该通孔层中通孔的最短边长度；
（g）针对通孔①,遍历该通孔层中剩下的通孔，如果有通孔②与通孔①的垂直距离不大于最短边的1.5倍，则取得这两个通孔的边框，用该边框的图形替代通孔①,并移除通孔②；
（h）判断是否遍历了所有通孔，是则结束，否则返回步骤（f）。
4. 根据权利要求2所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法，其特征在于：所述步骤（2）中对通孔层中的通孔分别映射到对应的上下金属层，包括如下步骤：
（a） 若通孔层与对应的金属层同一位置的通孔一个包含另一个，则用被包含的替代包含的；
（b） 若通孔层与对应的金属层同一位置的通孔相交，则用它们的交集代替它们两个。
5. 根据权利要求2所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法，其特征在于：所述步骤（3）中针对金属板中每个图形的切割工作包括如下步骤：
（a）按图形边的走向，对图形的每条边计算出边的走向和斜率；
（b）取出图形中的一条边作为边①；
（c）针对边①，遍历该图形剩下的所有边，如果有边②与边①的方向不同且斜率相同，通过两条线相互做垂线，能够构成一个矩形；
（d）判断该图形是否包含该矩形，是则继续，否则返回步骤（c）；
（e）将该矩形填入相应的数据结构；
（f）将剩下的图形标记为多边形；
（g）判断剩下的多边形图形是否能切割，是则返回步骤（a），否则继续；
（h）合并相邻的多边形。
6. 根据权利要求2所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法，其特征在于：所述步骤（4）中对金属层中的通孔的处理，是针对金属板中每个图形进行操作的，包括如下步骤：
（a）取出该图形切割后所有矩形或多边形中的一个，标记为①；
（b）判断是否取完该图形切割后所有的矩形或多边形，是则合并相邻的多边形，结束，否则继续；
（c）取出该图形中的一个通孔，标记为②；
（d）判断是否取完该图形中所有的通孔，是则返回步骤（a），否则继续；
（e）判断①是否是多边形，是则进入分支ⅰ，否则进入分支ⅱ；
其中，分支ⅰ包括如下步骤：
（ⅰ）判断①是否包含②，是则继续，否则返回步骤（c）；
（ⅱ）将①记录到数据结构中，并移除②，后返回步骤（c）；
分支ⅱ包括如下步骤：
（ⅰ）判断①是否包含或者与②相交，是则继续，否则返回步骤（c）；
（ⅱ）判断对①是否能再切割，是则进入分支ⅲ,否则进入分支ⅳ；
其中，分支ⅲ包括如下步骤：
[ⅰ]判断对①再切割后是否包含②,是则进入分支ⅴ，否则进入分支ⅵ；
其中分支ⅴ：将包含②的矩形标记为多边形，且移除②，并将切割后的其它图形标记为矩形，返回步骤（c）；
分支ⅵ：将切割后的图形标记为矩形，与②相交的图形标记为多边形，返回步骤（c）；
分支ⅳ包括如下步骤：
[ⅰ]判断①是否包含②，是则继续，否则进入分支ⅵ；
[ⅱ]将①标记为多边形，并且移除②，返回步骤（c）。
7. 根据权利要求2或6所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法，其特征在于：所述步骤（5）采用步骤（4）操作方法对金属层对应的通孔层上的通孔进行映射的操作，但之前需要判断金属层对应的通孔层上的通孔是否在步骤（4）中金属层的通孔中，如果在，那么就不需要执行步骤（5）的映射操作。
8. 根据权利要求1所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法，其特征在于：所述对矩形进行三角网格剖分中，朝相同的矩形走向进行三角网格剖分操作。
9. 根据权利要求1所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法，其特征在于：所述对多边形进行三角网格剖分中，要求三角形外围网格化密度高，内部网格化密度低，且三角形的最小角度不低于20°。
10. 根据权利要求1所述一种射频集成电路三角网格剖分的方法，其特征在于：所述将金属层切割成矩形和多边形的操作中，对于电容层需要特殊处理，与之对应的金属层中的通孔需要做三角网格剖分，并且与电容层的三角网格剖分一致。
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