CN111144042B - 片上时钟树电磁场仿真方法、系统、装置和存储介质 - Google Patents

片上时钟树电磁场仿真方法、系统、装置和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种片上时钟树电磁场仿真方法、系统、装置和存储介质，其中方法包括：由时钟输入端输入时钟脉冲，根据三维时域有限差分算法获取时钟脉冲在每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；结合每一级导线终端的电场分布和导线体积获取对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲至时钟树末位级为止；通过使用三维时域有限差分算法，以前一时刻的瞬时场值确定后一时刻的瞬时场值确定时钟脉冲在每一级导线终端的电磁场分布以提供精准的仿真结果，以及采用查找表的方式确定对应缓冲单元的电场分布，缩短产品的研发周期、增加产品的可靠性以及降低研发成本。可广泛的应用于集成电路技术领域。

Description

片上时钟树电磁场仿真方法、系统、装置和存储介质
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种片上时钟树电磁场仿真方法、系统、装置和存储介质。
背景技术
时钟树是一种由多个缓冲单元(Buffer Cell)平衡搭建的网状结构，其作用是使信号传输过程中的时钟脉冲相位差(Clock Skew)及插入延迟(Insertion Delay)达到最小值，从而满足涉及要求，时钟树有一个源点，通常时钟信号由此处输入，因而称为时钟输入端(Clock Input Port)，也有可能是电路设计内部的某一单元输出脚(Cell Output Pin)，之后从时钟输入端开始经多级由反相器和合适的时钟缓冲器结构组成的缓冲单元搭建而成，具体的级数根据电路设置和使用单元而定。
在集成电路设计中，时钟传输信号作为如今数据传输的基准，其对同步电路的功能和稳定性都起着决定性的作用。对于电路内部而言，时钟信号必须保证在任何情况下满足电路所需的时序，因此时钟树的引入对于保障时钟信号的稳定显得非常必要。随着集成电路的规模越来越大，时钟树的规模也随之增大，众所周知，时钟树对于电路的性能起着关键作用，但由于时钟树的规模愈发增大，其所产生的电磁场对电路性能造成了严重的电磁干扰。因此，在芯片设计时，有必要对时钟树的电磁辐射进行仿真，以使设计的芯片满足设计要求，然而，由于时钟树中含有反相器、时钟缓冲器等有源器件及导线等无源器件，目前还没有技术手段能够实现对含反相器、时钟缓冲器等有源器件及导线等无源器件的时钟树整体结构进行有效的电磁场仿真。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可以有效确定片上时钟树电磁分布的仿真方法及系统。
本发明所采用的第一技术方案是：
一种片上时钟树电磁场仿真方法，包括以下步骤：
由时钟输入端输入时钟脉冲，根据三维时域有限差分算法获取时钟脉冲在每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
结合每一级导线终端的电场分布和导线体积获取对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲至时钟树末位级为止。
进一步，所述由时钟输入端输入时钟脉冲，根据三维时域有限差分算法获取时钟脉冲在每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布这一步骤，具体包括以下步骤：
以时钟树任意一级为当前级，结合介质各向同性本构关系和中心差分更新时域有限差分方程；
由当前级时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
以时钟树下一级为当前级，获取上一级缓冲单元触发的时钟脉冲，返回执行时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在导线及导线终端的电场分布和磁场分布直至时钟树末位级。
进一步，还包括获取电流密度和磁化密度步骤，所述由当前级时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线及导线终端的电场分布和磁场分布这一步骤，具体包括以下步骤：
获取前置指令，根据前置指令设置问题空间和场系数，所述问题空间包括时间步长、网格大小和网格数目；
获取时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线上每一个时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量，并以预设方式显示各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量；
获取当前级导线的电流密度和磁化强度；
结合当前级导线各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量、场系数、电流密度和磁化密度获取当前级导线终端的电场分布和磁场分布。
进一步，所述场系数包括电场系数和磁场系数，所述结合当前级导线各个时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量、场系数、电流密度和磁化密度获取当前级导线终端的电场分布和磁场分布这一步骤，具体包括以下步骤：
获取电场系数和磁场系数；
结合前一时间步长结束时刻的电场量、前一时间步长中点时刻的磁场量、电流密度、电场系数和磁场系数获取当前时间步长结束时刻的电场量，并以预设仿真时长结束时末位时间步长的电场量为当前级导线终端的电场分布；
结合前一时间步长中点时刻的磁场量、前一时间步长结束时刻的电场量、磁化密度、电场系数和磁场系数获取当前时间步长中点时刻的磁场量，并以预设仿真时长结束时末位时间步长的磁场量为当前级导线终端的磁场分布。
进一步，所述结合每一级导线终端的电场分布和导线体积获取对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲至时钟树末位级为止这一步骤，具体包括以下步骤：
以时钟树任意一级为当前级，获取当前级导线终端的电场分布和采样的导线体积；
对当前级导线终端电场分布和采样的导线体积积分求和获取当前级缓冲单元输入电压；
采用查找表的方式处理输入电压，以获取当前级缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲给下一级时钟树直至时钟树末位级。
进一步，所述采用查找表的方式处理输入电压，以获取当前级缓冲单元的输出电压这一步骤，具体包括以下步骤：
在当前级缓冲单元的输入电压大于预置电压阈值时，输出第一输出电压；
在当前级缓冲单元的输入电压小于预置电压阈值时，输出第二输出电压。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种片上时钟树电磁场仿真方法级系统，包括：
输入模块，用于由时钟输入端输入时钟脉冲，根据三维时域有限差分算法获取时钟脉冲在每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
输出模块，用于结合每一级导线终端的电场分布和导线体积获取对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲至时钟树末位级为止。
进一步，所述输入模块包括：
更新单元，用于以时钟树任意一级为当前级，结合介质各向同性本构关系和中心差分更新时域有限差分方程；
第一获取单元，用于由当前级时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
返回执行单元，用于以时钟树下一级为当前级，获取上一级缓冲单元触发的时钟脉冲，返回执行时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在导线及导线终端的电场分布和磁场分布直至时钟树末位级。
进一步所述第一获取单元包括：
前置指令子单元，用于获取前置指令，根据前置指令设置问题空间和场系数，所述问题空间包括时间步长、网格大小和网格数目；
显示子单元，用于获取时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线上每一个时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量，并以预设方式显示各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量；
第一获取子单元，用于获取当前级导线的电流密度和磁化强度；
第二获取子单元，用于结合当前级导线各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量、场系数、电流密度和磁化密度获取当前级导线终端的电场分布和磁场分布。
进一步，所述输出模块包括：
第二获取单元，用于以时钟树任意一级为当前级，获取当前级导线终端的电场分布和采样的导线体积；
求和单元，用于对当前级导线终端电场分布和采样的导线体积积分求和获取当前级缓冲单元输入电压；
输出单元，用于采用查找表的方式处理输入电压，以获取当前级缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲给下一级时钟树直至时钟树末位级。
进一步，所述输出单元包括：
第一输出子单元，用于在当前级缓冲单元的输入电压大于预置电压阈值时，输出第一输出电压；
第二输出子单元，用于在当前级缓冲单元的输入电压小于预置电压阈值时，输出第二输出电压。
本发明所采用的第三技术方案是：
一种计算机代码自动生成装置，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行上所述方法。
本发明所采用的第四技术方案是：
一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如上所述方法。
本发明的有益效果是：通过对导线使用三维时域有限差分算法处理来递推模拟时钟脉冲到导线上的传播以获取每一级导线终端的电场分布和磁场分布，以提供更加精准的仿真结果，当时钟脉冲传播至每一级导线终端时，根据每一级导线终端的电场分布和导线体积确定对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式确定对应缓冲单元的输出电压，最终采用时域有限差分算法与查找表结合的方法实现对片上时钟树结构电磁场分布的确定，缩短产品的研发周期、增加产品的可靠性以及降低研发成本。
附图说明
图1是本发明一种片上时钟树电磁场仿真方法步骤流程图；
图2是本发明一种片上时钟树电磁场仿真系统框图；
图3是本发明一种片上时钟树电磁场仿真方法的整体流程示意图；
图4是本发明具体实施例二级H型时钟树模型示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，是本发明一种片上时钟树电磁场仿真方法步骤流程图，具体包括以下步骤：
S1、由时钟输入端输入时钟脉冲，根据三维时域有限差分算法获取时钟脉冲在每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
S2、结合每一级导线终端的电场分布和导线体积获取对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲至时钟树末位级为止。
本实施例中，所述缓冲单元包括反相器和时钟缓冲器；对于导线，本实施例优选在Matlab环境构建时钟树模型，其中导线采用断树模型(Broken Tree Model：BIM)构建，每一级导线间保留缓冲单元的位置，并插入相应的时间间距，此外，由于计算空间有限需设置特殊边界条件来截断，其中边界条件有卷积完全匹配吸收边界(Convolutional PerfectMatched Layer:CPML)和完整匹配吸收边界(Perfect Matched Layer:PML)，以及必要的参数设置如材料类型、激励源、布局形状、磁导率、电导率、电极化率等；对于导线，激励源触发时钟脉冲并由时钟输入端输入时钟脉冲，采用三维时域有限差分算法对时钟脉冲进行时间和空间上的一阶偏微商，通过在时域内递推模拟时钟脉冲在导线上的电磁场传输，然后在时间和空间上对电磁场进行离散处理近似麦克斯韦方程组求解获取每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布，以提供更加精准的仿真结果，之后结合每一级导线终端的电场分布和对导线进行体积采样获取对应缓冲单元的输入电压，采样查表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，以确定缓冲单元的电场分布，并触发时钟脉冲给下一级时钟树结构，以实现对整个时钟树结构的电磁场分布的确定，实现对含有时钟缓冲器及反相器的有源器件和导线的无源器件的时钟树结构整体的电磁场分布进行有效准确完整的预测，以缩短产品的研发周期、增加产品的可靠性和降低研发成本，同时以精准的预测结果。本实施例中，确定各级缓冲单元的输出电压表依据反相器的工作原理建立，本实施例所提供的技术方案适用于使用缓冲单元和导线结合的时钟树，如H型时钟树、二叉型时钟树及网格型时钟树等，在此不做赘述。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤S1，具体包括以下步骤：
S10、以时钟树任意一级为当前级，结合介质各向同性本构关系和中心差分更新时域有限差分方程；
S11、由当前级时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
S12、以时钟树下一级为当前级，获取上一级缓冲单元触发的时钟脉冲，返回执行时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在导线及导线终端的电场分布和磁场分布直至时钟树末位级。
具体地，由于时钟树各级导线和缓冲单元确定电磁场分布的方式相同，在此以任意一级为当前级为例进行说明，根据介质的各向同性本构关系和中心差分法实时更新三维时域有限差分方程，根据更新的三维时域有限差分方程可以计算时钟脉冲在导线上的瞬时电场量和瞬时磁场量，以前一时刻瞬时场值得出后一时刻的瞬时场值，依次构造时间向前推进的算法，以模拟电磁场在时域的进行，并最终获取时钟脉冲在当前级导线终端的电场分布和磁场分布，以进一步获取时钟脉冲自导线首端至导线终端的准确有效电场分布和磁场分布；之后以时钟树下一级为当前级，获取上一级缓冲单元触发的时钟脉冲，返回执行时钟脉冲输入步骤、三维时域有限差分方程更新步骤以及获取时钟脉冲在导线终端的电场分布和磁场分布直至时钟树末位级。
进一步作为优选的实施方式，还包括获取电流密度和磁化密度步骤，所述步骤S11具体包括以下步骤：
S110、获取前置指令，根据前置指令设置问题空间和场系数，所述问题空间包括时间步长、网格大小和网格数目；
S111、获取当前级导线的电流密度和磁化强度；
S112、获取时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线上每一个时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量，并以预设方式显示各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量；
S113、结合当前级导线各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量、场系数、电流密度和磁化密度获取当前级导线终端的电场分布和磁场分布。
具体地，在进行仿真之前，还需要设置问题空间和场系数，所述问题空间包括时间步长、网格大小及网格数目，通过调整时间步长可以实现时域上点个数的设置，以获取尽可能模拟真实情况的电磁场传播过程中的电场磁场分布，通过调整网格大小及网格数目可以实现空间上尽可能模拟真实电磁场在导线传播过程中的电磁场分布，所述场系数与材料的磁导率、电导率、磁化率、电极化率、网格大小以及时间步长相关，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在导线上每个时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场两，并以预设的方式显示各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量，以便于人们直观、简洁、清楚的描述电磁场分布变化，所述预设的方式包括曲线图、2D平面灰度图、3D立体灰度图等，在此不做赘述；在时钟脉冲在导线上传输的过程中基于电流及电磁场变化的因素要考虑电流密度和磁化密度对时钟脉冲传输过程中电磁场分布的影响。
进一步作为优选的实施方式，所述场系数包括电场系数和磁场系数，所述步骤S112具体包括以下步骤：
S1120、获取电场系数和磁场系数；
S1121、结合前一时间步长结束时刻的电场量、前一时间步长中点时刻的磁场量、电流密度、电场系数和磁场系数获取当前时间步长结束时刻的电场量，并以预设仿真时长结束时末位时间步长的电场量为当前级导线终端的电场分布；
S1122、结合前一时间步长中点时刻的磁场量、前一时间步长结束时刻的电场量、磁化密度、电场系数和磁场系数获取当前时间步长中点时刻的磁场量，并以预设仿真时长结束时末位时间步长的磁场量为当前级导线终端的磁场分布。
本实施例中，i,j,k是三维仿真网格对应直角坐标系中电磁场传播方向x,y,z的区别设置，为区别描述三维仿真网格采样i,j,k，电磁场传播方向采样x,y,z，所述电场系数和磁场系数均包括多个，由于电磁波传播的特征，对导线终端电磁场分布的求解以直角坐标系为例分为三个方向分量的求解即x方向电场分量和磁场分量、y方向电场分量和磁场分量和z方向电场分量和磁场分量；在此，以获取沿x方向的电场分量和磁场非变量为例进行说明。
其中沿x方向的电场分量具体为，(n+1)Δt时刻x方向的电场分量等于nΔt时刻x方向的电场分量、(n+1/2)Δt时刻z方向的磁场分量与其在y方向前一网格的z方向的磁场分量之差、(n+1/2)Δt时刻y方向的磁场分量与其在z方向前一网格的y方向的磁场分量之差、(n+1/2)Δt时刻x方向的电流密度分量这四项之和，详细如公式[1]
公式[1]:
Figure BDA0002308355890000071
其中Cexe是nΔt时刻x方向的电场分量的电场系数，Cexhz是(n+1/2)Δt时刻z方向的磁场分量与其在y方向前一网格的z方向的磁场分量之差的磁场系数，Cexhy是(n+1/2)Δt时刻y方向的磁场分量与其在z方向前一网格的y方向的磁场分量之差的磁场系数，Cexj分别是(n+1/2)Δt时刻x方向的电流密度分量的电场系数；其中Cexe中第一个下标e表示更新后的电场分量，第二个下标x表示所求电场分量的方向，第三个下标e表示与所求电场分量方向相同的过往时刻方向的电场分量；Cexhz中第一个下标e表示更新后由变化的磁场通过电磁感应产生的电场量，第二个下标x表示所求电场分量的方向，第三个下标h和第四个下标z共同表示沿z方向传播的变化的磁场；Cexhy中第一个下标e表示更新后的由变化的磁场通过电磁感应产生的电场量，第二个下标x表示所求电场分量的方向，第三个下标h和第四个下标y表示共同表示沿y方向传播的变化的磁场；Cexj中第一个下标e表示导线上电流产生的电场量，第二个下标x表示所求电场分量的方向，第三个下标j表示电流密度。
其中沿y方向的磁场分量具体为，(n+1/2)Δt时刻x方向的磁场分量等于(n-1/2)Δt时刻在x方向的磁场分量、nΔt时刻在y方向的电场分量与其在z方向后一网格的y方向的电场分量之差、nΔt时刻在z方向的电场分量与其在y方向后一网格的z方向的电场分量之差、nΔt时刻x方向的磁化密度分量这四项之和，详细如公式[2]
公式[2]:
Figure BDA0002308355890000081
其中Chxh是(n-1/2)Δt时刻x方向的磁场分量的磁场系数、Chxey是nΔt时刻在y方向的电场分量与其在z方向后一网格的y方向的电场分量之差的电场系数、Chxez是nΔt时刻在z方向的电场分量与其在y方向后一网格的z方向的电场分量之差的电场系数和Chxm是nΔt时刻x方向的磁化密度分量的磁场系数，其中Chxh中第一个下标h表示更新后的磁场分量，第二个下标x表示所求磁场分量的方向，第三个下标h表示与所求磁场分量方向相同的过往时刻方向的磁场分量；Chxey中第一个下标h表示更新后由变化的电场通过电磁感应产生的磁场量，第二个下标x表示所求磁场分量的方向，第三个下标e和第四个下标y共同表示沿y方向传播的变化的电场；Chxez中第一个下标h表示更新后由变化的电场通过电磁感应产生的磁场量，第二个下标x表示所求磁场分量的方向，第三个下标e和第四个下标z共同表示沿z方向传播的变化的电场；Chxm中第一个下标h表示激励源磁化密度产生的磁场量，第二个下标x表示所求电场分量的方向，第三个下标m表示磁化密度。
因此y方向的电场分量和磁场分量详细如公式[3]与[4]，以及z方向的电场分量和磁场分量详细如[5]与[6]分别如下：
公式[3]：
Figure BDA0002308355890000091
公式[4]：
Figure BDA0002308355890000092
公式[5]：
Figure BDA0002308355890000093
公式[6]：
Figure BDA0002308355890000094
对应y方向的电场分量和磁场分量，以及z方向的电场分量和磁场分量求解过程中的电场系数和磁场系数的对应关系以及场系数的各个下标的含义与求解x方向的电场分量和磁场分量过程中相似，只需改变下所求场量的方向，最后以预设仿真时长结束时刻末位时间步长的场量根据公式[1]、[2]、[3]、[4]、[5]和[6]所求解出的场量矢量求和即能够准确确定当前级导线终端的电场分布和磁场分布。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S20、以时钟树任意一级为当前级，获取当前级导线终端的电场分布和采样的导线体积；
S21、对当前级导线终端电场分布和采样的导线体积积分求和获取当前级缓冲单元输入电压；
S22、采用查找表的方式处理输入电压，以获取当前级缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲给下一级时钟树直至时钟树末位级。
电压可以像集总参数元件类似，由一柱状体积和它们的取向来采样在空间离散求和处理，本实施例中，根据缓冲单元所在的导线体积及导线终端的电场分布(包括电场值和电场方向)，确定缓冲单元的输入电压值，在一个时间步长内，可通过计算体积的电场值确定体积内的电压，设定输入电压方向沿z方向，不考虑电场在x和y方向的分量，在三维网格上考虑两个节点(is,js,ks)和节点(ie,je,ke)之间定义的体积(i,j,k是三维网格的节点，e和s均为大于另得正整数)，对电场和电压的空间离散处理获得当前级缓冲单元的输入电压，详细可以通过公式[7]如下获得：公式[7]：
Figure BDA0002308355890000101
进一步作为优选的实施方式，所述步骤S21中采用查找表的方式处理输入电压，以获取当前级缓冲单元的输出电压这一步骤，具体包括以下步骤：
S210、在当前级缓冲单元的输入电压大于预置电压阈值时，输出第一输出电压；
S211、在当前级缓冲单元的输入电压小于预置电压阈值时，输出第二输出电压。
具体地，输入电压得范围决定了缓冲单元得输出电压值，根据反相器的工作原理建立确定缓冲单元输出电压的表，设置预置阈值电压，本实施例中，预置阈值电压设为0.6V，当当前级缓冲单元的输入电压大于预置电压阈值0.6V时，缓冲单元输出第一输出电压设为0.6V；当当前级缓冲单元的输入电压小于预置电压阈值0.6V时，缓冲单元输出第二电压设为1.2V，从而实现对各级缓冲单元的电磁场分布。
实施例二
如图2所示，是本发明一种片上时钟树电磁场仿真系统框图，包括
输入模块，用于由时钟输入端输入时钟脉冲，根据三维时域有限差分算法获取时钟脉冲在每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
输出模块，用于结合每一级导线终端的电场分布和导线体积获取对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲至时钟树末位级为止。
进一步作为优选的实施方式，所述输入模块包括：
更新单元，用于以时钟树任意一级为当前级，结合介质各向同性本构关系和中心差分更新时域有限差分方程；
第一获取单元，用于由当前级时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
返回执行单元，用于以时钟树下一级为当前级，获取上一级缓冲单元触发的时钟脉冲，返回执行时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在导线及导线终端的电场分布和磁场分布直至时钟树末位级。
进一步作为优选的实施方式，所述第一获取单元包括：
前置指令子单元，用于获取前置指令，根据前置指令设置问题空间和场系数，所述问题空间包括时间步长、网格大小和网格数目；
显示子单元，用于获取时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线上每一个时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量，并以预设方式显示各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量；
第一获取子单元，用于获取当前级导线的电流密度和磁化强度；
第二获取子单元，用于结合当前级导线各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量、场系数、电流密度和磁化密度获取当前级导线终端的电场分布和磁场分布。
进一步作为优选的实施方式，所述输出模块包括：
第二获取单元，用于以时钟树任意一级为当前级，获取当前级导线终端的电场分布和采样的导线体积；
求和单元，用于对当前级导线终端电场分布和采样的导线体积积分求和获取当前级缓冲单元输入电压；
输出单元，用于采用查找表的方式处理输入电压，以获取当前级缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲给下一级时钟树直至时钟树末位级。
进一步作为优选的实施方式，所述输出单元包括：
第一输出子单元，用于在当前级缓冲单元的输入电压大于预置电压阈值时，输出第一输出电压；
第二输出子单元，用于在当前级缓冲单元的输入电压小于预置电压阈值时，输出第二输出电压。
实施例三
一种计算机代码自动生成装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行如实施例一所述方法。
本实施例的一种计算机代码自动生成装置，可执行本发明方法实施例一所提供的一种片上时钟树电磁场仿真方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
实施例四
一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如实施例一所述方法。
本实施例的一种存储介质，可执行本发明方法实施例一所提供的一种片上时钟树电磁场仿真方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
具体实施例
图3是本发明一种片上时钟树电磁场仿真方法的整体流程示意图和图4是本发明具体实施例二级H型时钟树模型示意图。
参照图4，其中直线表示导线、三角形表示缓冲单元，本具体实施例中黑色粗直线和黑色粗三角分别表示二级H型时钟树结构第一级结构中的导线和缓冲单元1，黑色细直线和黑色细三角分别表示二级H型时钟树结构第二级结构中的导线和缓冲单元2。二级H型时钟树各级导线通过在Matlab环境中采用断树模型(Broken Tree Model：BIM)构建，在时钟树结构每一级导线间保留缓冲单元位置即黑色三角形。
在仿真开始前，分别设置包括CPML边界条件、网格大小、网格数目在内的问题空间，包括材料类型、布局形状、激励源、磁导率、电导率、电极化率在内的必要参数，以及预设仿真时长设置。
参照图3，本具体实施例对二级H型时钟树导线，采用三维时域有限差分算法(Finite-Difference-Time-Domain:FDTD)获取时钟脉冲在每一级导线终端的电场分布和磁场分布，对于缓冲单元通过导线监控缓冲单元的输入电压，之后采用查找表的方式(LookUp Table:LUT)获取对应缓冲单元的输出电压，从而实现对二级H型时钟树结构的电磁分布的确定。
首先，激励源触发时钟脉冲并由一级时钟输入端输入时钟脉冲，结合介质各向同性本构关系和中心差分更新时域有限差分方程，根据时域有限差分方程获取一级导线终端的电场分布和磁场分布。
其中，一级导线终端的电场分布和磁场分布均以预设仿真时长结束时末位时间步长的电场量和磁场量为一级导线终端的电场分布和磁场分布，具体可以根据公式[1]、[3]、[5]和[2]、[4]、[6]分别确定一级导线终端沿x,y,z方向的电场分量E1x、E1y、E1z和磁场分量H1x、H1y、H1z，根据一级缓冲单元1所在的一级导线体积及一级导线终端的电场分布，采用公式[7]确定一级导线终端缓冲单元1的输入电压
Figure BDA0002308355890000121
确定一级缓冲单元1的输入电压
Figure BDA0002308355890000122
后采用查找表的方式通过与预置电压阈值Vth比对，输出一级缓冲单元1的输出电压
Figure BDA0002308355890000123
并再次触发时钟脉冲给时钟树二级结构；二级导线终端的电场分布和磁场分布也均以预设仿真时长结束时末位时间步长的电场量和磁场量为二级导线终端的电场分布和磁场分布，具体可以根据公式[1]、[3]、[5]和[2]、[4]、[6]分别确定二级导线终端沿x,y,z方向的电场分量E2x、E2y、E2z和磁场分量H2x、H2y、H2z，根据二级缓冲单元2所在的二级导线体积及二级导线终端的电场分布，采用公式[7]确定二级导线终端缓冲单元2的输入电压
Figure BDA0002308355890000131
确定二级缓冲单元2的输入电压
Figure BDA0002308355890000132
后采用查找表的方式通过与预置电压阈值Vth比对，输出二级缓冲单元2的输出电压
Figure BDA0002308355890000133
从而通过采用三维时域有限差分结合查找表的混合及算法，对含时钟缓冲器、反相器等缓冲单元的有源器件和导线等无源器件的时钟树进行有效的电磁场仿真并提供精准的仿真结果，以缩短产品的研发周期、增加产品的可靠性。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种片上时钟树电磁场仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电流密度和磁化密度；
由时钟输入端输入时钟脉冲，根据三维时域有限差分算法获取时钟脉冲在每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布，包括以下步骤：
获取前置指令，根据前置指令设置问题空间和场系数，所述问题空间包括时间步长、网格大小和网格数目；
获取时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线上每一个时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量，并以预设方式显示各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量；
获取当前级导线的电流密度和磁化密度；
结合当前级导线各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量、场系数、电流密度和磁化密度获取当前级导线终端的电场分布和磁场分布；
结合每一级导线终端的电场分布和导线体积获取对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲至时钟树末位级为止。
2.根据权利要求1所述的一种片上时钟树电磁场仿真方法，其特征在于，所述由时钟输入端输入时钟脉冲，根据三维时域有限差分算法获取时钟脉冲在每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布这一步骤，具体包括以下步骤：
以时钟树任意一级为当前级，结合介质各向同性本构关系和中心差分更新时域有限差分方程；
由当前级时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
以时钟树下一级为当前级，获取上一级缓冲单元触发的时钟脉冲，返回执行时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在导线及导线终端的电场分布和磁场分布直至时钟树末位级。
3.根据权利要求1所述的一种片上时钟树电磁场仿真方法，其特征在于，所述场系数包括电场系数和磁场系数，所述结合当前级导线各个时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量、场系数、电流密度和磁化密度获取当前级导线终端的电场分布和磁场分布这一步骤，具体包括以下步骤：
获取电场系数和磁场系数；
结合前一时间步长结束时刻的电场量、前一时间步长中点时刻的磁场量、电流密度、电场系数和磁场系数获取当前时间步长结束时刻的电场量，并以预设仿真时长结束时末位时间步长的电场量为当前级导线终端的电场分布；
结合前一时间步长中点时刻的磁场量、前一时间步长结束时刻的电场量、磁化密度、电场系数和磁场系数获取当前时间步长中点时刻的磁场量，并以预设仿真时长结束时末位时间步长的磁场量为当前级导线终端的磁场分布。
4.根据权利要求1所述的一种片上时钟树电磁场仿真方法，其特征在于，所述结合每一级导线终端的电场分布和导线体积获取对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲至时钟树末位级为止这一步骤，具体包括以下步骤：
以时钟树任意一级为当前级，获取当前级导线终端的电场分布和采样的导线体积；
对当前级导线终端电场分布和采样的导线体积积分求和获取当前级缓冲单元输入电压；采用查找表的方式处理输入电压，以获取当前级缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲给下一级时钟树直至时钟树末位级。
5.根据权利要求4所述的一种片上时钟树电磁场仿真方法，其特征在于，所述采用查找表的方式处理输入电压，以获取当前级缓冲单元的输出电压这一步骤，具体包括以下步骤：
在当前级缓冲单元的输入电压大于预置电压阈值时，输出第一输出电压；
在当前级缓冲单元的输入电压小于预置电压阈值时，输出第二输出电压。
6.一种片上时钟树电磁场仿真系统，其特征在于，包括：
密度获取模块，用于获取电流密度和磁化密度；
输入模块，用于由时钟输入端输入时钟脉冲，根据三维时域有限差分算法获取时钟脉冲在每一级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
所述输入模块包括：
指令获取单元，用于获取前置指令，根据前置指令设置问题空间和场系数，所述问题空间包括时间步长、网格大小和网格数目；
脉冲获取单元，用于获取时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线上每一个时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量，并以预设方式显示各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量；
电参数获取单元，用于获取当前级导线的电流密度和磁化密度；
计算单元，用于结合当前级导线各时间步长的瞬时电场量和瞬时磁场量、场系数、电流密度和磁化密度获取当前级导线终端的电场分布和磁场分布；
输出模块，用于结合每一级导线终端的电场分布和导线体积获取对应缓冲单元的输入电压后，采用查找表的方式获取对应缓冲单元的输出电压，并触发时钟脉冲至时钟树末位级为止。
7.根据权利要求6所述的一种片上时钟树电磁场仿真系统，其特征在于，所述输入模块包括：
更新单元，用于以时钟树任意一级为当前级，结合介质各向同性本构关系和中心差分更新时域有限差分方程；
获取单元，用于由当前级时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在当前级导线及导线终端的电场分布和磁场分布；
返回执行单元，用于以时钟树下一级为当前级，获取上一级缓冲单元触发的时钟脉冲，返回执行时钟输入端输入时钟脉冲，根据更新的时域有限差分方程获取时钟脉冲在导线及导线终端的电场分布和磁场分布直至时钟树末位级。
8.一种计算机代码自动生成装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行权利要求1-5任一项所述方法。
9.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如权利要求1-5任一项所述方法。
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