CN111737947A - 一种基于场路耦合的集成电路全波ibis模型提取方法及装置 - Google Patents

一种基于场路耦合的集成电路全波ibis模型提取方法及装置 Download PDF

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CN111737947A CN202010783521.4A CN202010783521A CN111737947A CN 111737947 A CN111737947 A CN 111737947A CN 202010783521 A CN202010783521 A CN 202010783521A CN 111737947 A CN111737947 A CN 111737947A
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Abstract

本申请实施例公开了一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法及装置。所述方法将多层集成电路简化为二维模型，通过对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理，对直流电场模型，对简化的多层集成电路版图的多边形进行网格细分，对交变电磁场模型，对金属层‑介质形成的平行平板场域进行识别并进行网格细分，基于网格细分建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵，然后对集成电路有源部分和无源部分进行场路耦合，计算多端口的电压/电流曲线，形成多端口IBIS模型。本申请能根据用户不同需求，设置IC封装网络的IBIS模型提取相关参数和仿真参数，具有IBIS模型的提取完整度高、提取效率高、仿真精确性高的优点。

Description

一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法及装置
技术领域
本发明涉及集成电路全波IBIS模型提取技术领域，尤其涉及一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法及装置。
背景技术
IBIS（Input/Output Buffer Information Specification）模型，是一种基于电压/电流（V/I ）曲线的对输入/输出（I/O：Input/Output）BUFFER 快速准确建模的方法，是反映芯片驱动和接收电气特性的一种国际标准，提供一种标准的文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应的计算与仿真。IBIS能够用来描述IC器件的输入、输出和I/O Buffer的行为特性，用来模拟Buffer和板上电路系统的相互作用。
SPICE（Simulation program with integrated circuit emphasis）是最为普遍的电路级模拟程序，各软件厂家提供了Vspice、Hspice、Pspice等不同版本spice软件，其仿真核心大同小异，都是采用了由美国加州Berkeley大学开发的spice模拟算法。SPICE模型是从电路基本元器件（如晶体管、电阻、电容等）出发，以元器件的工作原理为基础，基于元器件的模型参数和模式方程进行建模，能够用数学预测不同情况下元件的电气行为。
针对IC封装，根据用户需求提取封装设计中全部网络或部分网络的模型，生成标准的IBIS格式的封装模型。其中，全部网络是指整个封装的网络，即封装所有管脚形成的网络；部分网络是指封装中不同功能模块对应的网络，如电源网络，对应封装所有电源管脚形成的网络，信号网络，则是封装所有信号管脚形成的网络。IBIS模型一般包含两部分，一部分是Buffer有源模型，另外一部分是Buffer外面的无源封装部分。然而，发明人在实施本发明的过程中发现，目前，集成电路全波IBIS模型提取中，IC封装网络的IBIS模型提取参数宽泛固定，且IBIS模型的提取完整度低、提取效率低、仿真精确性差。
发明内容
本申请实施例提供了一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法及装置，能根据用户不同需求，设置IC封装网络的IBIS模型提取相关参数和仿真参数，具有IBIS模型的提取完整度高、提取效率高、仿真精确性高的优点。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法，所述方法包括：
S1：获取集成电路无源部分的多层集成电路版图信息，设置IBIS模型提取的相关参数和仿真参数；
S2：将多层集成电路的三维模型简化为多层集成电路的二维模型，根据多层集成电路版图信息，对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理；对直流电场模型，直接对简化后的多层集成电路版图的多边形进行自适应网格细分，对交变电磁场模型，根据多层集成电路版图多边形的对齐和简化，对多层集成电路版图的金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并对识别出的平行平板场域进行自适应网格细分；根据多层集成电路版图在直流电场模型下对多边形进行的自适应网格细分，以及在交变电磁场模型下对平行平板场域进行的自适应网格细分，对二维模型采用有限元法建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵；
S3：判断待提取的IBIS模型是否为有源模型，若是，则执行步骤S4，若否，则执行步骤S5；
S4：根据IBIS模型提取的相关参数和仿真参数，获取集成电路有源器件的SPICE模型，将该SPICE模型作为所述集成电路的外部电路，对所述集成电路的外部电路，利用节点分析法建立外部电路方程组；基于集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，将所述场域求解方程组与所述外部电路方程组合并，建立场路耦合的统一求解方程组；基于预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口有源集成电路模型的IBIS模型，然后执行步骤S6；
S5：基于所述集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵和预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口无源集成电路模型的IBIS模型；
S6：计算结果输出和图形化显示。
作为一种可能的实施方式，所述IBIS模型提取的相关参数包括封装类型、端口网络和频率范围，所述封装类型包括双列直插式封装、阵列引脚封装、触点阵列封装、球栅陈列封装、倒焊芯片封装和多芯片组件封装；所述仿真参数包括叠层、焊球、介质层参数和输出控制参数。
作为一种可能的实施方式，所述根据多层集成电路版图信息，对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理，包括：
获取多层集成电路版图包含多个顶点的多个多边形；
将各层的多个多边形垂直投影到同一层，根据Delaunay三角剖分算法形成以多边形顶点为网格节点的Delaunay三角形网格，其中，所述多个多边形的各个边包含预先设定的多边形编号信息；
根据边交换法将所述Delaunay三角形网格对齐到所述多个多边形的各个边，同时计算所述多个多边形边的交点并将所述交点新增为所述多边形的顶点和所述Delaunay三角形网格的节点，形成第一三角形网格；
基于所述第一三角形网格，在每个多边形P的内外分别形成夹住所述多边形P的内辅助多边形P0与外辅助多边形P9，并通过设定的距离阈值控制该内、外辅助多边形与多边形P的距离；
对落在所述内、外辅助多边形之间的各层多边形的边进行对齐和简化处理，并根据各个所述多边形的边所包含的多边形编号信息将所述投影到同一层的多层多边形还原到各层中。
作为一种可能的实施方式，所述根据多层集成电路版图多边形的对齐和简化，对多层集成电路版图的金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并对识别出的平行平板场域进行自适应网格细分，包括：
获取多层集成电路版图包含多个顶点的多个多边形；
将各层的多个多边形垂直投影到同一层，根据Delaunay三角剖分算法形成以多边形顶点为网格节点的Delaunay三角形网格，其中，所述多边形的各个边包含预先设定的所在多边形的多边形信息和所在层的层信息；其中，所述多边形信息包括多边形编号信息和多边形顶点编号信息；
合并所述投影后重合的多个多边形边的所述多边形信息和层信息；
根据边交换法将所述Delaunay三角形网格对齐到所述多个多边形各个边，同时计算所述多个多边形边的交点并将所述交点新增为所述多边形的顶点和所述Delaunay三角形网格的节点，形成第二三角形网格，其中，所述边交换法将符合条件的多边形的边排序形成集合，按所述排序取出所述多边形的边，对其进行所述交换后，若所述集合为空集，则结束所述交换；
基于所述第二三角形网格，将各个多边形边的层信息基于布尔运算叠加到所述各个多边形内的所有三角形中；
根据所述三角形和所述多边形边的层信息，通过平行平板场域识别法识别并收集各个平行平板场域包含的三角形和多边形边；
根据计算精度要求和不同平行平板场域的公共边，对所述各个平行平板场域内的三角形进行自适应网格细分处理。
作为一种可能的实施方式，所述对二维模型采用有限元法建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵，包括：
对于直流电场模型，所述多层集成电路的三维模型是指直流电场模型中电导率
Figure 58621DEST_PATH_IMAGE001
、电位u的分布均为三维空间坐标(x,y,z)的函数，即：
Figure 647865DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 834127DEST_PATH_IMAGE003
，该三维模型的函数满足以下方程（1）：
Figure 167019DEST_PATH_IMAGE004
方程（1），
及边界条件（2）：
Figure 420539DEST_PATH_IMAGE005
边界条件（2），
式中
Figure 39739DEST_PATH_IMAGE006
为第一类边界，n为第二类边界的法向，
Figure 978877DEST_PATH_IMAGE007
表示电位u在第一类边界
Figure 849881DEST_PATH_IMAGE008
上的值，用
Figure 190863DEST_PATH_IMAGE009
表示，
Figure 980965DEST_PATH_IMAGE010
为外部电路的体电流密度；
多层超大规模集成电路中实际PCB板或芯片封装的板尺寸远大于金属层的厚度，将多层集成电路的三维直流场问题简化为二维直流场问题；
所述对二维模型采用有限元法建立的场域求解方程组为方程组（3）：
Figure 905933DEST_PATH_IMAGE011
方程组（3），
式中，所述I(u)为泛函，t为金属层的厚度，
Figure 580628DEST_PATH_IMAGE012
为网格单元e的电导率，
Figure 776117DEST_PATH_IMAGE013
为网格单元e的电位，
Figure 143645DEST_PATH_IMAGE014
为网格单元e的面积，
Figure 558839DEST_PATH_IMAGE015
为表面电流密度，
Figure 771646DEST_PATH_IMAGE016
表示网格单元e的边；
对于交变电磁场模型，所述多层集成电路的三维模型是指多层超大规模集成电路频域仿真中电磁响应特征的三维模型中介电常数
Figure 211854DEST_PATH_IMAGE017
、磁导率
Figure 953545DEST_PATH_IMAGE018
、电场强度E、磁场强度H的分布均为三维空间坐标(x,y,z)的函数，即：
Figure 354571DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 869603DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 164319DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 608069DEST_PATH_IMAGE022
，该三维模型的函数满足以下方程：
Figure 230812DEST_PATH_IMAGE023
方程（4），
式中J为外加的电流密度分布，
Figure 785421DEST_PATH_IMAGE024
为集成电路仿真的角频率，
Figure 934642DEST_PATH_IMAGE025
表示磁场强度H的旋度，
Figure 62478DEST_PATH_IMAGE026
表示电场强度E的旋度，j为虚数单位，j 2=-1；
多层超大规模集成电路中实际PCB板或芯片封装的板尺寸远大于金属层间距，将多层超大规模集成电路频域仿真中的电磁响应特征的三维模型简化为二维模型，此时模型中介电常数
Figure 172517DEST_PATH_IMAGE027
、磁导率
Figure 265238DEST_PATH_IMAGE028
、电场强度E、磁场强度H的分布均为二维平面坐标(x,y)的函数，即：
Figure 534545DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 585678DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 681547DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 312380DEST_PATH_IMAGE032
，其分布与z无关，且场域中的电位u和表面电流密度J s满足：
Figure 311560DEST_PATH_IMAGE033
公式（5），
式中
Figure 127069DEST_PATH_IMAGE034
分别表示x, y, z方向的单位矢量，E z为电场强度的z方向分量，H x和H y分别为磁场强度的x和y方向分量；
经过三维模型到二维模型的简化，得到该二维模型对应的二维有限元泛函极值公式为：
Figure 211700DEST_PATH_IMAGE035
公式（6），
式中，
Figure 413267DEST_PATH_IMAGE037
为泛函，
Figure 391588DEST_PATH_IMAGE038
表示对泛函取极值，
Figure 987785DEST_PATH_IMAGE039
为网格单元i的表面导纳，
Figure 559712DEST_PATH_IMAGE040
为边界
Figure 63506DEST_PATH_IMAGE041
的开口边界条件，u k为边界
Figure 896332DEST_PATH_IMAGE041
上的电位分布，
Figure 427546DEST_PATH_IMAGE042
表示边界右侧且无限接近边界的位置，
Figure 345823DEST_PATH_IMAGE043
表示边界左侧且无限接近边界的位置，
Figure 387728DEST_PATH_IMAGE044
表示网格单元i的区域，
Figure 950428DEST_PATH_IMAGE045
为网格单元i的电流密度，
Figure 419587DEST_PATH_IMAGE046
为网格单元i的表面阻抗，
Figure 825160DEST_PATH_IMAGE047
为网格单元i的电位，k是指第k个边界。
作为一种可能的实施方式，所述基于预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口有源集成电路模型的IBIS模型，包括：
基于预先设置的IBIS模型的端口信息，分别在每个端口添加单位激励源；
基于多端口激励源，对于直流电场模型，对所述方程组（3）中的泛函取极值，对应泛函的偏导数为0，获得具有多个右端项的有限元方程组；对所述具有多个右端项的有限元方程组进行求解，获得多层集成电路的场的分布；基于所述多层集成电路的场的分布，对预先设置的端口进行计算，获得每个端口对应的电压、电流，根据计算的多端口的电压/电流，获得多端口的电压/电流特性曲线，形成直流条件下多端口有源集成电路模型的IBIS模型；
基于多端口激励源，对于交变电磁场模型，利用所述公式（6）的极值条件获得具有多个右端项的有限元方程组；对所述具有多个右端项的有限元方程组进行求解，获得多层集成电路的场的分布；基于所述多层集成电路的场的分布，对不同频率下的预先设置的端口进行计算，获得每个端口对应的电压、电流，根据不同频率下计算的多端口的电压/电流，获得多端口的电压/电流特性曲线，形成预设频段范围内多端口有源集成电路模型的IBIS模型。
作为一种可能的实施方式，所述对所述集成电路的外部电路，利用节点分析法建立外部电路方程组，包括：
对外部电路的各支路的节点进行节点编号；
选定参考节点，建立外部电路的关联矩阵；
依据支路的结构和方向，分别列写出支路导纳矩阵、支路电压源列向量和支路电流源列向量；
列写矩阵形式的节点电压方程，得到外部电路方程组。
作为一种可能的实施方式，所述基于集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，将所述场域求解方程组与所述外部电路方程组合并，建立场路耦合的统一求解方程组，包括：
根据独立生成的网格节点和所述外部电路的节点编号，将所述外部电路的节点编号设为在前的编号，将所述网格节点的节点编号设为在后的编号，生成统一连续的节点编号；
扫描所述集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，该耦合节点同时为网格节点，将该网格节点的节点编号修改为所述耦合节点在外部电路中的节点编号，并将所述网格节点的节点编号中排列在最后一个的节点编号修改为耦合的网格节点修改前的节点编号，重新生成统一连续节点编号；
根据重新生成的统一连续节点编号，合并所述场域求解方程组和外部电路方程组，建立场路耦合的统一求解方程组。
作为一种可能的实施方式，所述合并所述场域求解方程组和外部电路方程组，建立场路耦合的统一求解方程组，包括：
找出场路耦合的耦合节点，该耦合节点的编号在外部电路方程组中的编号和在场域求解方程组中的编号一致；
将外部电路方程组和场域求解方程组中耦合节点对应的矩阵的行、列元素直接相加，并将外部电路方程组中耦合节点之外的所有节点对应的元素扩展到场域求解方程组中，形成场路耦合的统一求解方程组。
第二方面，本申请提供一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取装置，所述装置包括：
第一处理模块：用于获取集成电路无源部分的多层集成电路版图信息，设置IBIS模型提取的相关参数和仿真参数；
第二处理模块：用于将多层集成电路的三维模型简化为多层集成电路的二维模型，根据多层集成电路版图信息，对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理；对直流电场模型，直接对简化后的多层集成电路版图的多边形进行自适应网格细分，对交变电磁场模型，根据多层集成电路版图多边形的对齐和简化，对多层集成电路版图的金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并对识别出的平行平板场域进行自适应网格细分；根据多层集成电路版图在直流电场模型下对多边形进行的自适应网格细分，以及在交变电磁场模型下对平行平板场域进行的自适应网格细分，对二维模型采用有限元法建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵；
第三处理模块：用于判断待提取的IBIS模型是否为有源模型；
第四处理模块：用于根据IBIS模型提取的相关参数和仿真参数，获取集成电路有源器件的SPICE模型，将该SPICE模型作为所述集成电路的外部电路，对所述集成电路的外部电路，利用节点分析法建立外部电路方程组；基于集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，将所述场域求解方程组与所述外部电路方程组合并，建立场路耦合的统一求解方程组；基于预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口有源集成电路模型的IBIS模型；
第五处理模块：用于基于所述集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵和预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口无源集成电路模型的IBIS模型；
第六处理模块：用于计算结果输出和图形化显示。
本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例通过将多层集成电路简化为二维模型，通过对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理，对直流电场模型，对简化的多层集成电路版图的多边形进行网格细分，对交变电磁场模型，对金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并进行网格细分，基于网格细分建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵，然后对集成电路有源部分和无源部分进行场路耦合，计算多端口的电压/电流曲线，形成多端口IBIS模型。本申请能根据用户不同需求，设置IC封装网络的IBIS模型提取相关参数和仿真参数，具有IBIS模型的提取完整度高、提取效率高、仿真精确性高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法实施例的流程示意图；
图2为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法实施例中多层集成电路版图在投影之前多层金属层的局部需要对齐的多边形的三维示意图；
图3为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法实施例中各层多边形投影到同一层后相交并形成Delaunay三角形网格的示意图；
图4为图3的局部放大示意图；
图5为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法实施例中多层金属层与介质形成的场域及其碎片示意图；
图6为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法实施例中只含理想电压源和理想电流源的支路结构示意图；
图7为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法实施例中包含电流控制电压源的支路结构示意图；
图8为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法实施例中包含电压控制电流源的支路结构示意图；
图9为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式详细地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。
本文中的模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实际实现时可以有其他的划分方式，例如多个模块可以结合或集成于另一个系统中。作为分离部件说明的模块在物理上可以是分开的，也可以是不分开的。因此可以根据实际需要选择其中的部分或全部的模块来实现实施例的方案。
请参考图1-图8，本申请实施例提供了一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法；如图所示，所述方法主要包括：
S1：获取集成电路无源部分的多层集成电路版图信息，设置IBIS模型提取的相关参数和仿真参数；具体地，所述多层集成电路版图信息包括集成电路版图的层信息、版图形状信息、以及层与版图间的互连信息；其中，层信息指多层集成电路版图包括多少层，每一层的名称和功能，以及层与层之间的位置关系；版图形状信息指多层集成电路版图中每层的形状信息、每个功能网络对应的版图形状，比如电源网络在多层集成电路版图中的形状、信号网络在多层集成电路版图中的形状等；层与版图间的互连信息指多层集成电路版图中每一层和每个网络版图之间的连接关系。这些集成电路版图信息可以为IBIS模型无源部分模型提取的建模依据；
所述IBIS模型提取的相关参数包括封装类型、端口网络和频率范围，所述封装类型包括但不限于：双列直插式封装（DIP）、阵列引脚封装（PGA）、触点阵列封装（LGA）、球栅陈列封装（BGA）、倒焊芯片封装（Flipchip）和多芯片组件封装（MCM），具体采用这六种封装类型中哪一种根据用户的输入文件来确定，还可根据实际需要采用其他适用的封装类型；端口网络包括电源网络、信号网络等，频率范围可以设置为10 kHz~10 GHz；所述仿真参数包括叠层（Stackup）、焊球、介质层参数和输出控制参数，用户可以快捷方便地设置IBIS模型提取相关参数信息并配置仿真参数，提供IBIS模型提取的集成环境；
S2：将多层集成电路的三维模型简化为多层集成电路的二维模型，根据多层集成电路版图信息，对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理；对直流电场模型，直接对简化后的多层集成电路版图的多边形进行自适应网格细分，对交变电磁场模型，根据多层集成电路版图多边形的对齐和简化，对多层集成电路版图的金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并对识别出的平行平板场域进行自适应网格细分；根据多层集成电路版图在直流电场模型下对多边形进行的自适应网格细分，以及在交变电磁场模型下对平行平板场域进行的自适应网格细分，对二维模型采用有限元法建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵；具体地，可以对平行平板场域进行非结构自适应网格剖分，非结构网格和结构网格对应，结构网格通常是指横平竖直的矩形网格或六面体网格，或者在此基础上经过拉伸，变形后的网格，但其拓扑结构不变；而非结构网格则没有任何结构特征，只有网格疏密和网格单元现状的好坏具体实施时，在二维情况下通常为三角形网格，在三维情况下通常为四面体网格，其原则是采用合适的三角形或四面体尺寸将待分析区域全覆盖、非重叠、保留用户指定的界面信息的分割；
S3：判断待提取的IBIS模型是否为有源模型，若是，则执行步骤S4，若否，则执行步骤S5；IBIS模型是否有源的判断方法为：如果IBIS模型中包含有电流源、电压源或受控源等等，则为有源模型，若不包含这些元件则为无源模型；通常情况下，如果用户输入了SPICE电路模型，则为有源模型，如果只针对集成电路版图进行IBIS模型提取，则为无源模型；
S4：根据IBIS模型提取的相关参数和仿真参数，获取集成电路有源器件的SPICE模型，将该SPICE模型作为所述集成电路的外部电路，对所述集成电路的外部电路，利用节点分析法建立外部电路方程组；基于集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，将所述场域求解方程组与所述外部电路方程组合并，建立场路耦合的统一求解方程组；基于预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口有源集成电路模型的IBIS模型，然后执行步骤S6；
S5：基于所述集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵和预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口无源集成电路模型的IBIS模型；
S6：计算结果输出和图形化显示。
采用上述方法，能根据用户不同需求，设置IC封装网络的IBIS模型提取相关参数和仿真参数，具有IBIS模型的提取完整度高、提取效率高、仿真精确性高的优点。
作为一种可能的实施方式，所述根据多层集成电路版图信息，对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理，可包括：
获取多层集成电路版图包含多个顶点的多个多边形；
将各层的多个多边形垂直投影到同一层，根据Delaunay三角剖分算法形成以多边形顶点为网格节点的Delaunay三角形网格，其中，所述多个多边形的各个边包含预先设定的多边形编号信息；
根据边交换法将所述Delaunay三角形网格对齐到所述多个多边形的各个边，同时计算所述多个多边形边的交点并将所述交点新增为所述多边形的顶点和所述Delaunay三角形网格的节点，形成第一三角形网格；
基于所述第一三角形网格，在每个多边形P的内外分别形成夹住所述多边形P的内辅助多边形P0与外辅助多边形P9，并通过设定的距离阈值控制该内、外辅助多边形与多边形P的距离；
对落在所述内、外辅助多边形之间的各层多边形的边进行对齐和简化处理，并根据各个所述多边形的边所包含的多边形编号信息将所述投影到同一层的多层多边形还原到各层中。
请参考图2-图5，图2为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法实施例中多层集成电路版图在投影之前多层金属层的局部需要对齐的多边形的三维示意图，图3为本申请提供的一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法实施例中各层多边形投影到同一层后相交并形成Delaunay三角形网格的示意图，图3中，各层多边形投影到同一层后相交并形成Delaunay三角形网格，图4为图3的局部放大示意图，从中可以看出，局部放大后不同层的多边形并不是对齐的，如果直接对其进行场域识别和网格剖分，将出现图5所示的场域碎片，在进行网格自适应细分过程中会在场域碎片附近产生大量密集的网格，导致求解速度降低。
采用上述方法，可以大大减少多层多边形形成平行平板场域后出现的碎片化问题，进而显著减少对这些场域进行网格细分时碎片附近产生的不必要的密集网格，大幅度提升网格质量，缩小多层集成电路分析的求解时间和所需内存，且可以在几乎保持所述多边形形状的前提下，使得即使自适应简化处理前多个多边形之间缝隙宽度为纳米量级，自适应简化处理后多边形彼此之间的缝隙仍完整保留，基本不改变集成电路版图形状，从而保持原始正常的集成电路版图的电路连接。
作为一种可能的实施方式，所述根据多层集成电路版图多边形的对齐和简化，对多层集成电路版图的金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并对识别出的平行平板场域进行自适应网格细分，可包括：
获取多层集成电路版图包含多个顶点的多个多边形；
将各层的多个多边形垂直投影到同一层，根据Delaunay三角剖分算法形成以多边形顶点为网格节点的Delaunay三角形网格，其中，所述多边形的各个边包含预先设定的所在多边形的多边形信息和所在层的层信息；其中，所述多边形信息包括多边形编号信息和多边形顶点编号信息；
合并所述投影后重合的多个多边形边的所述多边形信息和层信息；
根据边交换法将所述Delaunay三角形网格对齐到所述多个多边形各个边，同时计算所述多个多边形边的交点并将所述交点新增为所述多边形的顶点和所述Delaunay三角形网格的节点，形成第二三角形网格，其中，所述边交换法将符合条件的多边形的边排序形成集合，按所述排序取出所述多边形的边，对其进行所述交换后，若所述集合为空集，则结束所述交换；
基于所述第二三角形网格，将各个多边形边的层信息基于布尔运算叠加到所述各个多边形内的所有三角形中；
根据所述三角形和所述多边形边的层信息，通过平行平板场域识别法识别并收集各个平行平板场域包含的三角形和多边形边；
根据计算精度要求和不同平行平板场域的公共边，对所述各个平行平板场域内的三角形进行自适应网格细分处理。
采用上述方法，可以避免在场域识别与网格细分处理过程中执行边交换法时遗漏或重复对符合条件的多边形的边进行所述交换，以保证所述边交换法的精确性、完整性以及高效性，进而保证所述场域识别与网格细分处理方法的准确与高效。
作为一种可能的实施方式，所述对二维模型采用有限元法建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵，可包括：
对于直流电场模型，所述多层集成电路的三维模型是指直流电场模型中电导率
Figure 172221DEST_PATH_IMAGE048
、电位u的分布均为三维空间坐标(x,y,z)的函数，即：
Figure 855006DEST_PATH_IMAGE049
，
Figure 495066DEST_PATH_IMAGE050
，该三维模型的函数满足以下方程（1）：
Figure 387936DEST_PATH_IMAGE051
方程（1），
及边界条件（2）：
Figure 771644DEST_PATH_IMAGE052
边界条件（2），
式中
Figure 541892DEST_PATH_IMAGE053
为第一类边界，n为第二类边界的法向，
Figure 477486DEST_PATH_IMAGE054
表示电位u在第一类边界
Figure 733018DEST_PATH_IMAGE053
上的值，用
Figure 654838DEST_PATH_IMAGE055
表示，
Figure 312216DEST_PATH_IMAGE056
为外部电路的体电流密度；
多层超大规模集成电路中实际PCB板或芯片封装的板尺寸远大于金属层的厚度，将多层集成电路的三维直流场问题简化为二维直流场问题；
所述对二维模型采用有限元法建立的场域求解方程组为方程组（3）：
Figure 418712DEST_PATH_IMAGE057
方程组（3），
式中，所述I(u)为泛函，t为金属层的厚度，
Figure 663005DEST_PATH_IMAGE058
为网格单元e的电导率；
Figure 122936DEST_PATH_IMAGE059
为网格单元e的电位；
Figure 759454DEST_PATH_IMAGE060
为网格单元e的面积，
Figure 646638DEST_PATH_IMAGE061
为表面电流密度；
Figure 611183DEST_PATH_IMAGE062
表示网格单元e的边；
对于交变电磁场模型，所述多层集成电路的三维模型是指多层超大规模集成电路频域仿真中电磁响应特征的三维模型中介电常数
Figure 265018DEST_PATH_IMAGE063
、磁导率
Figure 129944DEST_PATH_IMAGE064
、电场强度E、磁场强度H的分布均为三维空间坐标(x,y,z)的函数，即：
Figure 188030DEST_PATH_IMAGE065
，
Figure 171029DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure 97397DEST_PATH_IMAGE067
，
Figure 318294DEST_PATH_IMAGE068
，该三维模型的函数满足以下方程：
Figure 833765DEST_PATH_IMAGE069
方程（4），
式中J为外加的电流密度分布，
Figure 631957DEST_PATH_IMAGE070
为集成电路仿真的角频率，
Figure 502961DEST_PATH_IMAGE071
表示磁场强度H的旋度，
Figure 312785DEST_PATH_IMAGE072
表示电场强度E的旋度，j为虚数单位，j 2=-1；
多层超大规模集成电路中实际PCB板或芯片封装的板尺寸远大于金属层间距，将多层超大规模集成电路频域仿真中的电磁响应特征的三维模型简化为二维模型，此时模型中介电常数
Figure 509411DEST_PATH_IMAGE063
、磁导率
Figure 794899DEST_PATH_IMAGE064
、电场强度E、磁场强度H的分布均为二维平面坐标(x,y)的函数，即：
Figure 702550DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 898039DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 124621DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 507192DEST_PATH_IMAGE076
，其分布与z无关，且场域中的电位u和表面电流密度J s满足：
Figure 719998DEST_PATH_IMAGE077
公式（5），
式中，
Figure 160207DEST_PATH_IMAGE078
分别表示x, y, z方向的单位矢量，E z为电场强度的z方向分量，H x和H y分别为磁场强度的x和y方向分量，h为金属层间距；
经过三维模型到二维模型的简化，得到该二维模型对应的二维有限元泛函极值公式为：
Figure 668942DEST_PATH_IMAGE079
公式（6），
式中，
Figure 804388DEST_PATH_IMAGE080
为泛函，
Figure 679940DEST_PATH_IMAGE081
表示对泛函取极值，
Figure 115601DEST_PATH_IMAGE082
为网格单元i的表面导纳，
Figure 293773DEST_PATH_IMAGE083
为边界
Figure 415050DEST_PATH_IMAGE084
的开口边界条件，u k为边界
Figure 94293DEST_PATH_IMAGE084
上的电位分布，
Figure 118881DEST_PATH_IMAGE085
表示边界右侧且无限接近边界的位置，
Figure 733533DEST_PATH_IMAGE086
表示边界左侧且无限接近边界的位置，
Figure 109151DEST_PATH_IMAGE087
表示网格单元i的区域，
Figure 703336DEST_PATH_IMAGE088
为网格单元i的电流密度，
Figure 707065DEST_PATH_IMAGE089
为网格单元i的表面阻抗，
Figure 227039DEST_PATH_IMAGE090
为网格单元i的电位，k是指第k个边界。
作为一种可能的实施方式，所述基于预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口有源集成电路模型的IBIS模型，可包括：
基于预先设置的IBIS模型的端口信息，分别在每个端口添加单位激励源；
基于多端口激励源，对于直流电场模型，对所述方程组（3）中的泛函取极值，对应泛函的偏导数为0，获得具有多个右端项的有限元方程组；对所述具有多个右端项的有限元方程组进行求解，获得多层集成电路的场的分布；基于所述多层集成电路的场的分布，对预先设置的端口进行计算，获得每个端口对应的电压、电流，根据计算的多端口的电压/电流，获得多端口的电压/电流特性曲线，形成直流条件下多端口有源集成电路模型的IBIS模型；
基于多端口激励源，对于交变电磁场模型，利用所述公式（6）的极值条件获得具有多个右端项的有限元方程组；对所述具有多个右端项的有限元方程组进行求解，获得多层集成电路的场的分布；基于所述多层集成电路的场的分布，对不同频率下的预先设置的端口进行计算，获得每个端口对应的电压、电流，根据不同频率下计算的多端口的电压/电流，获得多端口的电压/电流特性曲线，形成预设频段范围内多端口有源集成电路模型的IBIS模型。
作为一种可能的实施方式，所述对所述集成电路的外部电路，利用节点分析法建立外部电路方程组，可包括：
对外部电路的各支路的节点进行节点编号；
选定参考节点，建立外部电路的关联矩阵；
依据支路的结构和方向，分别列写出支路导纳矩阵、支路电压源列向量和支路电流源列向量；
列写矩阵形式的节点电压方程，得到外部电路方程组。
所述依据支路的结构和方向，分别列写出支路导纳矩阵、支路电压源列向量和支路电流源列向量；列写矩阵形式的外部电路方程组，具体为：对于图6所示的只含理想电压源和理想电流源的支路结构，其包含了第k条支路的阻抗元件Z k ，理想电压源U sk 和理想电流源I sk ，其参考方向如图6中的箭头所示。可列写图6所示的第k条支路电压U k 、电流I k 关系式如下：
Figure 824373DEST_PATH_IMAGE091
公式（7），
对于包含多条支路的电路网络，将公式（7）写成矩阵形式为：
Figure 845419DEST_PATH_IMAGE092
公式（8），
式中
Figure 110178DEST_PATH_IMAGE093
为支路导纳矩阵，U b 为支路电压，I b 为支路电流，U s 为理想电压源，I s 为理想电流源，Z b 为支路阻抗。公式（8）两端左乘电路关联矩阵A，并利用KCL的矩阵形式及电路支路电压与节点电压的关系可得：
Figure 299589DEST_PATH_IMAGE094
方程（9），
式中G n 为节点导纳矩阵，U n 为节点电压。
对于图7所示的包含电流控制电压源的支路结构，其第k条支路的受控源受第j条支路的电流控制：
Figure 384219DEST_PATH_IMAGE095
公式（10），
式中，I ej 为第j条支路阻抗中的电流，I j 为第j条支路电流，I sj 为第j条支路的理想电流源。
设受控源的控制系数为，则该支路电压方程为：
Figure 84322DEST_PATH_IMAGE096
方程（11），
对于包含多条支路的电路网络，方程（11）写成矩阵形式与公式(8)矩阵形式相同，但二者的支路阻抗矩阵Z有差异，具体表现在对于包含电流控制电压源的支路，其支路阻抗矩阵Z中第k行（受控电压源支路编号）、第j列（控制电流支路的编号）出现受控源系数r kj 。最终，列写的矩阵形式的节点电压方程与方程（9）形式相同。
对于图8所示的包含电压控制电流源的支路结构，可直接列写支路电流方程为：
Figure 797063DEST_PATH_IMAGE097
方程（12），
式中G k 为第k条支路的导纳，U j 为第j条支路电压，U sj 为第j条支路的理想电压源，g kj 为由第j条支路中的元件电压控制第k条支路中电流源的控制系数，简称受控源系数，该第j条支路中的元件电压
Figure 189999DEST_PATH_IMAGE098
为：
Figure 263390DEST_PATH_IMAGE099
公式（13），
对于包含多条支路的电路网络，方程（12）写成矩阵形式与公式（8）相同，但二者的支路导纳矩阵G有差异，具体表现在对于包含电压控制电流源的支路，其支路导纳矩阵G中第k行（受控电流源支路编号）、第j列（控制电压支路的编号）出现受控源系数g kj 。最终，列写的矩阵形式的节点电压方程与方程（9）形式相同。
作为一种可能的实施方式，所述基于集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，将所述场域求解方程组与所述外部电路方程组合并，建立场路耦合的统一求解方程组，包括：
根据独立生成的网格节点和所述外部电路的节点编号，将所述外部电路的节点编号设为在前的编号，将所述网格节点的节点编号设为在后的编号，生成统一连续的节点编号；
扫描所述集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，该耦合节点同时为网格节点，将该网格节点的节点编号修改为所述耦合节点在外部电路中的节点编号，并将所述网格节点的节点编号中排列在最后一个的节点编号修改为耦合的网格节点修改前的节点编号，重新生成统一连续节点编号；
根据重新生成的统一连续节点编号，合并所述场域求解方程组和外部电路方程组，建立场路耦合的统一求解方程组。
作为一种可能的实施方式，所述合并所述场域求解方程组和外部电路方程组，建立场路耦合的统一求解方程组，可包括：
找出场路耦合的耦合节点，该耦合节点的编号在外部电路方程组中的编号和在场域求解方程组中的编号一致；
将外部电路方程组和场域求解方程组中耦合节点对应的矩阵的行、列元素直接相加，并将外部电路方程组中耦合节点之外的所有节点对应的元素扩展到场域求解方程组中，形成场路耦合的统一求解方程组。
具体地，假设外部电路有4个节点，场域网格有5个节点，外部电路节点编号为1~4，场域网格编号为5~9，外部电路节点1,3分别与场域网格节点6,8耦合，修改场域网格节点，将原来编号为5~9的场域网格节点编号修改为5,1,7,3,6，根据重新生成的统一连续节点编号，节点导纳矩阵G n 和有限元刚度矩阵S分别为：
Figure 501605DEST_PATH_IMAGE100
公式（14），
Figure 68852DEST_PATH_IMAGE101
公式（15），
则合并后的矩阵K为：
Figure 367109DEST_PATH_IMAGE102
公式（16）。
请参考图9，本申请提供一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取装置，所述装置主要包括：
第一处理模块：用于获取集成电路无源部分的多层集成电路版图信息，设置IBIS模型提取的相关参数和仿真参数；具体地，所述多层集成电路版图信息包括集成电路版图的层信息、版图形状信息、以及层与版图间的互连信息；其中，层信息指多层集成电路版图包括多少层，每一层的名称和功能，以及层与层之间的位置关系；版图形状信息指多层集成电路版图中每层的形状信息、每个功能网络对应的版图形状，比如电源网络在多层集成电路版图中的形状、信号网络在多层集成电路版图中的形状等；层与版图间的互连信息指多层集成电路版图中每一层和每个网络版图之间的连接关系。这些集成电路版图信息可以为IBIS模型无源部分模型提取的建模依据；
所述IBIS模型提取的相关参数包括封装类型、端口网络和频率范围，所述封装类型包括但不限于：双列直插式封装（DIP）、阵列引脚封装（PGA）、触点阵列封装（LGA）、球栅陈列封装（BGA）、倒焊芯片封装（Flipchip）和多芯片组件封装（MCM），具体采用这六种封装类型中哪一种根据用户的输入文件来确定，还可根据实际需要采用其他适用的封装类型；端口网络包括电源网络、信号网络等，频率范围可以设置为10 kHz~10 GHz；所述仿真参数包括叠层（Stackup）、焊球、介质层参数和输出控制参数，用户可以快捷方便地设置IBIS模型提取相关参数信息并配置仿真参数，提供IBIS模型提取的集成环境；
第二处理模块：用于将多层集成电路的三维模型简化为多层集成电路的二维模型，根据多层集成电路版图信息，对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理；对直流电场模型，直接对简化后的多层集成电路版图的多边形进行自适应网格细分，对交变电磁场模型，根据多层集成电路版图多边形的对齐和简化，对多层集成电路版图的金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并对识别出的平行平板场域进行自适应网格细分；根据多层集成电路版图在直流电场模型下对多边形进行的自适应网格细分，以及在交变电磁场模型下对平行平板场域进行的自适应网格细分，对二维模型采用有限元法建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵；具体地，可以对平行平板场域进行非结构自适应网格剖分，非结构网格和结构网格对应，结构网格通常是指横平竖直的矩形网格或六面体网格，或者在此基础上经过拉伸，变形后的网格，但其拓扑结构不变；而非结构网格则没有任何结构特征，只有网格疏密和网格单元现状的好坏具体实施时，在二维情况下通常为三角形网格，在三维情况下通常为四面体网格，其原则是采用合适的三角形或四面体尺寸将待分析区域全覆盖、非重叠、保留用户指定的界面信息的分割；
第三处理模块：用于判断待提取的IBIS模型是否为有源模型；IBIS模型是否有源的判断方法为：如果IBIS模型中包含有电流源、电压源或受控源等等，则为有源模型，若不包含这些元件则为无源模型；通常情况下，如果用户输入了SPICE电路模型，则为有源模型，如果只针对集成电路版图进行IBIS模型提取，则为无源模型；
第四处理模块：用于根据IBIS模型提取的相关参数和仿真参数，获取集成电路有源器件的SPICE模型，将该SPICE模型作为所述集成电路的外部电路，对所述集成电路的外部电路，利用节点分析法建立外部电路方程组；基于集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，将所述场域求解方程组与所述外部电路方程组合并，建立场路耦合的统一求解方程组；基于预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口有源集成电路模型的IBIS模型；
第五处理模块：用于基于所述集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵和预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口无源集成电路模型的IBIS模型；
第六处理模块：用于计算结果输出和图形化显示。
采用上述装置，能根据用户不同需求，设置IC封装网络的IBIS模型提取相关参数和仿真参数，具有IBIS模型的提取完整度高、提取效率高、仿真精确性高的优点。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取方法，其特征在于，包括：
S1：获取集成电路无源部分的多层集成电路版图信息，设置IBIS模型提取的相关参数和仿真参数；
S2：将多层集成电路的三维模型简化为多层集成电路的二维模型，根据多层集成电路版图信息，对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理；对直流电场模型，直接对简化后的多层集成电路版图的多边形进行自适应网格细分，对交变电磁场模型，根据多层集成电路版图多边形的对齐和简化，对多层集成电路版图的金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并对识别出的平行平板场域进行自适应网格细分；根据多层集成电路版图在直流电场模型下对多边形进行的自适应网格细分，以及在交变电磁场模型下对平行平板场域进行的自适应网格细分，对二维模型采用有限元法建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵；
S3：判断待提取的IBIS模型是否为有源模型，若是，则执行步骤S4，若否，则执行步骤S5；
S4：根据IBIS模型提取的相关参数和仿真参数，获取集成电路有源器件的SPICE模型，将该SPICE模型作为所述集成电路的外部电路，对所述集成电路的外部电路，利用节点分析法建立外部电路方程组；基于集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，将所述场域求解方程组与所述外部电路方程组合并，建立场路耦合的统一求解方程组；基于预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口有源集成电路模型的IBIS模型，然后执行步骤S6；
S5：基于所述集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵和预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口无源集成电路模型的IBIS模型；
S6：计算结果输出和图形化显示。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IBIS模型提取的相关参数包括封装类型、端口网络和频率范围，所述封装类型包括双列直插式封装、阵列引脚封装、触点阵列封装、球栅陈列封装、倒焊芯片封装和多芯片组件封装；所述仿真参数包括叠层、焊球、介质层参数和输出控制参数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多层集成电路版图信息，对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理，包括：
获取多层集成电路版图包含多个顶点的多个多边形；
将各层的多个多边形垂直投影到同一层，根据Delaunay三角剖分算法形成以多边形顶点为网格节点的Delaunay三角形网格，其中，所述多个多边形的各个边包含预先设定的多边形编号信息；
根据边交换法将所述Delaunay三角形网格对齐到所述多个多边形的各个边，同时计算所述多个多边形边的交点并将所述交点新增为所述多边形的顶点和所述Delaunay三角形网格的节点，形成第一三角形网格；
基于所述第一三角形网格，在每个多边形P的内外分别形成夹住所述多边形P的内辅助多边形P0与外辅助多边形P9，并通过设定的距离阈值控制该内、外辅助多边形与多边形P的距离；
对落在所述内、外辅助多边形之间的各层多边形的边进行对齐和简化处理，并根据各个所述多边形的边所包含的多边形编号信息将所述投影到同一层的多层多边形还原到各层中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多层集成电路版图多边形的对齐和简化，对多层集成电路版图的金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并对识别出的平行平板场域进行自适应网格细分，包括：
获取多层集成电路版图包含多个顶点的多个多边形；
将各层的多个多边形垂直投影到同一层，根据Delaunay三角剖分算法形成以多边形顶点为网格节点的Delaunay三角形网格，其中，所述多边形的各个边包含预先设定的所在多边形的多边形信息和所在层的层信息；所述多边形信息包括多边形编号信息和多边形顶点编号信息；
合并所述投影后重合的多个多边形边的所述多边形信息和层信息；
根据边交换法将所述Delaunay三角形网格对齐到所述多个多边形各个边，同时计算所述多个多边形边的交点并将所述交点新增为所述多边形的顶点和所述Delaunay三角形网格的节点，形成第二三角形网格，其中，所述边交换法将符合条件的多边形的边排序形成集合，按所述排序取出所述多边形的边，对其进行所述交换后，若所述集合为空集，则结束所述交换；
基于所述第二三角形网格，将各个多边形边的层信息基于布尔运算叠加到所述各个多边形内的所有三角形中；
根据所述三角形和所述多边形边的层信息，通过平行平板场域识别法识别并收集各个平行平板场域包含的三角形和多边形边；
根据计算精度要求和不同平行平板场域的公共边，对所述各个平行平板场域内的三角形进行自适应网格细分处理。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对二维模型采用有限元法建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵，包括：
对于直流电场模型，所述多层集成电路的三维模型是指直流电场模型中电导率
Figure 974114DEST_PATH_IMAGE001
、电位u的分布均为三维空间坐标(x,y,z)的函数，即：
Figure 57345DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 335880DEST_PATH_IMAGE003
，该三维模型的函数满足以下方程（1）：
Figure 297014DEST_PATH_IMAGE004
方程（1），
及边界条件（2）：
Figure 711815DEST_PATH_IMAGE005
边界条件（2），
式中
Figure 857625DEST_PATH_IMAGE006
为第一类边界，n为第二类边界的法向，
Figure 887372DEST_PATH_IMAGE007
表示电位u在第一类边界
Figure 901464DEST_PATH_IMAGE006
上的值，用
Figure 187083DEST_PATH_IMAGE008
表示，
Figure 503795DEST_PATH_IMAGE009
为外部电路的体电流密度；
多层超大规模集成电路中实际PCB板或芯片封装的板尺寸远大于金属层的厚度，将多层集成电路的三维直流场问题简化为二维直流场问题；
所述对二维模型采用有限元法建立的场域求解方程组为方程组（3）：
Figure 756922DEST_PATH_IMAGE011
方程组（3），
式中，所述I(u)为泛函，t为金属层的厚度，
Figure 558393DEST_PATH_IMAGE012
为网格单元e的电导率，
Figure 213366DEST_PATH_IMAGE013
为网格单元e的电位，
Figure 435400DEST_PATH_IMAGE014
为网格单元e的面积，
Figure 926555DEST_PATH_IMAGE015
为表面电流密度，
Figure 282450DEST_PATH_IMAGE016
表示网格单元e的边；
对于交变电磁场模型，所述多层集成电路的三维模型是指多层超大规模集成电路频域仿真中电磁响应特征的三维模型中介电常数
Figure 44126DEST_PATH_IMAGE017
、磁导率
Figure 702640DEST_PATH_IMAGE018
、电场强度E、磁场强度H的分布均为三维空间坐标(x,y,z)的函数，即：
Figure 399201DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 43940DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 673505DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 768499DEST_PATH_IMAGE022
，该三维模型的函数满足以下方程：
Figure 467203DEST_PATH_IMAGE023
方程（4），
式中J为外加的电流密度分布，
Figure 164901DEST_PATH_IMAGE024
为集成电路仿真的角频率，
Figure 399704DEST_PATH_IMAGE025
表示磁场强度H的旋度，
Figure 400021DEST_PATH_IMAGE026
表示电场强度E的旋度，j为虚数单位，j 2=-1；
多层超大规模集成电路中实际PCB板或芯片封装的板尺寸远大于金属层间距，将多层超大规模集成电路频域仿真中的电磁响应特征的三维模型简化为二维模型，此时模型中介电常数
Figure 336753DEST_PATH_IMAGE017
、磁导率
Figure 824759DEST_PATH_IMAGE018
、电场强度E、磁场强度H的分布均为二维平面坐标(x,y)的函数，即：
Figure 163337DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 334555DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 509316DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 548816DEST_PATH_IMAGE030
，其分布与z无关，且场域中的电位u和表面电流密度J s满足：
Figure 991167DEST_PATH_IMAGE031
公式（5），
式中，
Figure 333287DEST_PATH_IMAGE032
分别表示x, y, z方向的单位矢量，E z为电场强度的z方向分量，H x和H y分别为磁场强度的x和y方向分量，h为金属层间距；
经过三维模型到二维模型的简化，得到该二维模型对应的二维有限元泛函极值公式为：
Figure 979032DEST_PATH_IMAGE033
公式（6），
式中，
Figure 572956DEST_PATH_IMAGE035
为泛函，
Figure 620546DEST_PATH_IMAGE036
表示对泛函取极值，
Figure 244819DEST_PATH_IMAGE037
为网格单元i的表面导纳，
Figure 643439DEST_PATH_IMAGE038
为边界
Figure 900108DEST_PATH_IMAGE039
的开口边界条件，u k为边界
Figure 552937DEST_PATH_IMAGE040
上的电位分布，
Figure 627073DEST_PATH_IMAGE041
表示边界右侧且无限接近边界的位置，
Figure 762257DEST_PATH_IMAGE042
表示边界左侧且无限接近边界的位置，
Figure 557037DEST_PATH_IMAGE043
表示网格单元i的区域，
Figure 313641DEST_PATH_IMAGE044
为网格单元i的电流密度，
Figure 574989DEST_PATH_IMAGE045
为网格单元i的表面阻抗，
Figure 682622DEST_PATH_IMAGE046
为网格单元i的电位，k是指第k个边界。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口有源集成电路模型的IBIS模型，包括：
基于预先设置的IBIS模型的端口信息，分别在每个端口添加单位激励源；
基于多端口激励源，对于直流电场模型，对所述方程组（3）中的泛函取极值，对应泛函的偏导数为0，获得具有多个右端项的有限元方程组；对所述具有多个右端项的有限元方程组进行求解，获得多层集成电路的场的分布；基于所述多层集成电路的场的分布，对预先设置的端口进行计算，获得每个端口对应的电压、电流，根据计算的多端口的电压/电流，获得多端口的电压/电流特性曲线，形成直流条件下多端口有源集成电路模型的IBIS模型；
基于多端口激励源，对于交变电磁场模型，利用所述公式（6）的极值条件获得具有多个右端项的有限元方程组；对所述具有多个右端项的有限元方程组进行求解，获得多层集成电路的场的分布；基于所述多层集成电路的场的分布，对不同频率下的预先设置的端口进行计算，获得每个端口对应的电压、电流，根据不同频率下计算的多端口的电压/电流，获得多端口的电压/电流特性曲线，形成预设频段范围内多端口有源集成电路模型的IBIS模型。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述对所述集成电路的外部电路，利用节点分析法建立外部电路方程组，包括：
对外部电路的各支路的节点进行节点编号；
选定参考节点，建立外部电路的关联矩阵；
依据支路的结构和方向，分别列写出支路导纳矩阵、支路电压源列向量和支路电流源列向量；
列写矩阵形式的节点电压方程，得到外部电路方程组。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，将所述场域求解方程组与所述外部电路方程组合并，建立场路耦合的统一求解方程组，包括：
根据独立生成的网格节点和所述外部电路的节点编号，将所述外部电路的节点编号设为在前的编号，将所述网格节点的节点编号设为在后的编号，生成统一连续的节点编号；
扫描所述集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，该耦合节点同时为网格节点，将该网格节点的节点编号修改为所述耦合节点在外部电路中的节点编号，并将所述网格节点的节点编号中排列在最后一个的节点编号修改为耦合的网格节点修改前的节点编号，重新生成统一连续节点编号；
根据重新生成的统一连续节点编号，合并所述场域求解方程组和外部电路方程组，建立场路耦合的统一求解方程组。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述合并所述场域求解方程组和外部电路方程组，建立场路耦合的统一求解方程组，包括：
找出场路耦合的耦合节点，该耦合节点的编号在外部电路方程组中的编号和在场域求解方程组中的编号一致；
将外部电路方程组和场域求解方程组中耦合节点对应的矩阵的行、列元素直接相加，并将外部电路方程组中耦合节点之外的所有节点对应的元素扩展到场域求解方程组中，形成场路耦合的统一求解方程组。
10.一种基于场路耦合的集成电路全波IBIS模型提取装置，其特征在于，包括：
第一处理模块：用于获取集成电路无源部分的多层集成电路版图信息，设置IBIS模型提取的相关参数和仿真参数；
第二处理模块：用于将多层集成电路的三维模型简化为多层集成电路的二维模型，根据多层集成电路版图信息，对多层集成电路版图的多边形进行对齐和简化处理；对直流电场模型，直接对简化后的多层集成电路版图的多边形进行自适应网格细分，对交变电磁场模型，根据多层集成电路版图多边形的对齐和简化，对多层集成电路版图的金属层-介质形成的平行平板场域进行识别并对识别出的平行平板场域进行自适应网格细分；根据多层集成电路版图在直流电场模型下对多边形进行的自适应网格细分，以及在交变电磁场模型下对平行平板场域进行的自适应网格细分，对二维模型采用有限元法建立场域求解方程组，形成集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵；
第三处理模块：用于判断待提取的IBIS模型是否为有源模型；
第四处理模块：用于根据IBIS模型提取的相关参数和仿真参数，获取集成电路有源器件的SPICE模型，将该SPICE模型作为所述集成电路的外部电路，对所述集成电路的外部电路，利用节点分析法建立外部电路方程组；基于集成电路有源部分与无源部分多层集成电路版图耦合的耦合节点，将所述场域求解方程组与所述外部电路方程组合并，建立场路耦合的统一求解方程组；基于预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口有源集成电路模型的IBIS模型；
第五处理模块：用于基于所述集成电路场域求解方程组的总体稀疏矩阵和预先设置的IBIS模型端口，计算多端口的电压/电流特性曲线，形成多端口无源集成电路模型的IBIS模型；
第六处理模块：用于计算结果输出和图形化显示。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112149336A (zh) * 2020-11-24 2020-12-29 北京智芯仿真科技有限公司 三维集成电路电磁仿真高质量网格快速生成方法及装置
CN112290955A (zh) * 2020-12-21 2021-01-29 北京智芯仿真科技有限公司 基于集成电路阻抗网络提取的网格节点编码方法及系统
CN112307710A (zh) * 2020-12-21 2021-02-02 北京智芯仿真科技有限公司 一种系统级集成电路的直流压降分析方法及系统
CN112818585A (zh) * 2021-04-20 2021-05-18 北京智芯仿真科技有限公司 集成电路层间耦合的迭代计算并行颗粒的划分方法及装置
CN112989677A (zh) * 2021-04-20 2021-06-18 北京智芯仿真科技有限公司 大规模集成电路层间耦合部分累加计算的迭代方法及装置
CN112989735A (zh) * 2021-04-20 2021-06-18 北京智芯仿真科技有限公司 多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法及装置
CN113591431A (zh) * 2021-09-30 2021-11-02 北京智芯仿真科技有限公司 集成电路三维全波电磁仿真直流分量提取方法及系统
CN114330215A (zh) * 2022-03-14 2022-04-12 北京智芯仿真科技有限公司 一种快速处理集成电路版图走线的电磁仿真方法及装置
CN115600550A (zh) * 2022-11-30 2023-01-13 北京智芯仿真科技有限公司（Cn） 基于端口电阻确定集成电路版图设计缺陷的精准检测方法
CN116522854A (zh) * 2023-07-05 2023-08-01 北京智芯仿真科技有限公司 多供电系统的集成电路仿真模型生成与计算方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101976287A (zh) * 2010-10-29 2011-02-16 上海交通大学 系统级封装电源完整性设计的混合网格划分方法
US8560294B1 (en) * 2008-02-20 2013-10-15 Xilinx, Inc. Method and apparatus for an automated input/output buffer information specification model generator
CN110688807A (zh) * 2019-12-10 2020-01-14 北京唯智佳辰科技发展有限责任公司 一种多层集成电路直流电场的场路耦合方法及装置
CN110750949A (zh) * 2019-07-31 2020-02-04 西安交通大学 一种基于ibis模型模拟系统级封装剂量率效应的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8560294B1 (en) * 2008-02-20 2013-10-15 Xilinx, Inc. Method and apparatus for an automated input/output buffer information specification model generator
CN101976287A (zh) * 2010-10-29 2011-02-16 上海交通大学 系统级封装电源完整性设计的混合网格划分方法
CN110750949A (zh) * 2019-07-31 2020-02-04 西安交通大学 一种基于ibis模型模拟系统级封装剂量率效应的方法
CN110688807A (zh) * 2019-12-10 2020-01-14 北京唯智佳辰科技发展有限责任公司 一种多层集成电路直流电场的场路耦合方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蔡兴建 等: "基于IBIS模型的高速数字I/O缓冲器", 《上海交通大学学报》 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112149336A (zh) * 2020-11-24 2020-12-29 北京智芯仿真科技有限公司 三维集成电路电磁仿真高质量网格快速生成方法及装置
CN112149336B (zh) * 2020-11-24 2021-03-02 北京智芯仿真科技有限公司 三维集成电路电磁仿真高质量网格快速生成方法及装置
CN112290955A (zh) * 2020-12-21 2021-01-29 北京智芯仿真科技有限公司 基于集成电路阻抗网络提取的网格节点编码方法及系统
CN112307710A (zh) * 2020-12-21 2021-02-02 北京智芯仿真科技有限公司 一种系统级集成电路的直流压降分析方法及系统
CN112290955B (zh) * 2020-12-21 2021-03-30 北京智芯仿真科技有限公司 基于集成电路阻抗网络提取的网格节点编码方法及系统
CN112307710B (zh) * 2020-12-21 2021-04-02 北京智芯仿真科技有限公司 一种系统级集成电路的直流压降分析方法及系统
CN112989735A (zh) * 2021-04-20 2021-06-18 北京智芯仿真科技有限公司 多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法及装置
CN112989677A (zh) * 2021-04-20 2021-06-18 北京智芯仿真科技有限公司 大规模集成电路层间耦合部分累加计算的迭代方法及装置
CN112818585A (zh) * 2021-04-20 2021-05-18 北京智芯仿真科技有限公司 集成电路层间耦合的迭代计算并行颗粒的划分方法及装置
CN112818585B (zh) * 2021-04-20 2021-07-13 北京智芯仿真科技有限公司 集成电路层间耦合的迭代计算并行颗粒的划分方法及装置
CN112989677B (zh) * 2021-04-20 2021-08-20 北京智芯仿真科技有限公司 大规模集成电路层间耦合部分累加计算的迭代方法及装置
CN113591431A (zh) * 2021-09-30 2021-11-02 北京智芯仿真科技有限公司 集成电路三维全波电磁仿真直流分量提取方法及系统
CN114330215A (zh) * 2022-03-14 2022-04-12 北京智芯仿真科技有限公司 一种快速处理集成电路版图走线的电磁仿真方法及装置
CN114330215B (zh) * 2022-03-14 2022-05-10 北京智芯仿真科技有限公司 一种快速处理集成电路版图走线的电磁仿真方法及装置
CN115600550A (zh) * 2022-11-30 2023-01-13 北京智芯仿真科技有限公司（Cn） 基于端口电阻确定集成电路版图设计缺陷的精准检测方法
CN115600550B (zh) * 2022-11-30 2023-03-10 北京智芯仿真科技有限公司 基于端口电阻确定集成电路版图设计缺陷的精准检测方法
CN116522854A (zh) * 2023-07-05 2023-08-01 北京智芯仿真科技有限公司 多供电系统的集成电路仿真模型生成与计算方法及系统
CN116522854B (zh) * 2023-07-05 2023-09-01 北京智芯仿真科技有限公司 多供电系统的集成电路仿真模型生成与计算方法及系统

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