JPH0877240A - Logical simulation method for lsi - Google Patents
Logical simulation method for lsiInfo
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- JPH0877240A JPH0877240A JP6232415A JP23241594A JPH0877240A JP H0877240 A JPH0877240 A JP H0877240A JP 6232415 A JP6232415 A JP 6232415A JP 23241594 A JP23241594 A JP 23241594A JP H0877240 A JPH0877240 A JP H0877240A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、CMOSゲートを用
いて構成されるLSIの論理シミュレーション方法に係
り、特にMOSゲートの遅延時間算出方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an LSI logic simulation method using CMOS gates, and more particularly to a MOS gate delay time calculation method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、LSIの設計支援ツールとして、 トランジスタ等のプロセス設計やデバイス設計作業を
支援するためのデバイスシミュレータ、 デバイスを組み合わせて構成された比較的小規模の回
路の動作検証をアナログ的に行うための回路シミュレー
タ、 回路シミュレータで検証可能な回路を複数個組み合わ
せたLSI規模の論理回路設計やレイアウト設計、マス
ク設計のためのタイミング検証を行うために用いられる
論理シミュレータ(タイミングシミュレータを含む)、 論理シミュレータで扱う回路規模より大きい機能ブロ
ックを用いた大規模論理回路の論理設計を行う機能シミ
ュレータ、等がある。2. Description of the Related Art Conventionally, as an LSI design support tool, a device simulator for supporting process design of devices such as transistors and device design work, and operation verification of a relatively small-scale circuit configured by combining devices are performed in an analog manner. Circuit simulator for performing the same, and a logic simulator (including timing simulator) used to perform timing verification for LSI-scale logic circuit design, layout design, and mask design that combines multiple circuits that can be verified by the circuit simulator , There is a functional simulator that designs the logic of large-scale logic circuits using functional blocks that are larger than the circuit scale handled by the logic simulator.
【0003】上述の各シミュレータは、,,,
の順で検証すべきゲート規模が大きくなる。検証すべき
ゲート規模が小さければ、入出力波形遷移レベルで簡単
に高精度の特性検証が可能であるが、ゲート規模が大き
くなるにつれてこれが困難になり、また単位ゲート当た
りの遅延時間を計算する時間を短縮する必要性が大とな
る。Each of the above simulators has ...
The gate size to be verified becomes larger in this order. If the gate size to be verified is small, it is possible to easily perform high-precision characteristic verification at the input / output waveform transition level, but this becomes difficult as the gate size becomes larger, and the delay time per unit gate is calculated. The need to shorten
【0004】論理シミュレータでCMOSLSIの論理
及びタイミング検証を行う際のCMOSトランジスタの
遅延時間TDの算出法として、第1に、次のような計算
式を用いる方法がある。 TD=A+B×CL ここで、A,Bは定数であり、CLは出力負荷容量であ
る。As a method of calculating the delay time TD of the CMOS transistor when the logic and timing of the CMOS LSI are verified by the logic simulator, firstly, there is a method using the following formula. TD = A + B × CL where A and B are constants and CL is the output load capacitance.
【0005】出力負荷容量は、検証すべきゲート出力端
の次段ブロックに入るまでの総負荷容量であり、配線長
が長い程、また次段のゲート数(即ちファンアウト数)
が多い程大きい値になる。定数A,Bは、複数の出力負
荷容量CLのデータに基づいて、この計算式が回路シミ
ュレーション結果(ほぼ実デバイスの動作特性と見るこ
とができる)により近づくように決定される。決定され
た定数A,Bの値は、セルのパラメータとして、セル・
ライブラリに登録される。The output load capacitance is the total load capacitance up to the next block of the gate output end to be verified. The longer the wiring length, the more the number of gates in the next stage (that is, the number of fanouts).
The larger the number, the larger the value. The constants A and B are determined based on the data of the plurality of output load capacitances CL so that this calculation formula is closer to the circuit simulation result (which can be regarded as the operating characteristics of the actual device). The values of the determined constants A and B are used as cell parameters
Registered in the library.
【0006】論理シミュレータでのCMOSトランジス
タ遅延時間算出を行う第2の方法として、回路シミュレ
ーション結果を複数領域に分割して、それらの間を直線
近似する方法も行われている。この方法によると、出力
負荷容量CLと入力遷移時間TTiとによって変化する
遅延時間TDをうまく回路シミュレーション結果に合致
させることができる。As a second method for calculating the CMOS transistor delay time in the logic simulator, a method of dividing the circuit simulation result into a plurality of regions and performing linear approximation between them is also used. According to this method, the delay time TD that changes depending on the output load capacitance CL and the input transition time TTi can be matched well with the circuit simulation result.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述した第1の方法
は、計算が簡単であるという利点がある反面、実デバイ
スの特性との誤差が大きいという問題がある。これは、
単純な直線近似の計算式でありしかも、入力遷移時間を
考慮にいれていないためである。最近の高集積化、高速
化したLSIでは出力負荷による波形の鈍り等の影響が
益々大きくなっており、第1の方法ではこれに充分対応
できない。第2の方法は、分割数を増やすことにより高
精度の遅延時間を得ることができるが、高精度化に伴っ
て記憶すべきパラメータの量が多くなってしまうという
欠点がある。また回路シミュレーションに用いている遅
延時間計算方法をそのまま論理シミュレーションに利用
することは、これもパラメータ数が多くなるため現実的
ではない。The above-mentioned first method has an advantage that the calculation is simple, but has a problem that there is a large error from the characteristics of the actual device. this is,
This is because the calculation formula is a simple linear approximation and the input transition time is not taken into consideration. In recent LSIs with higher integration and higher speed, the influence of waveform blunting due to output load is becoming more and more serious, and the first method cannot sufficiently cope with this. The second method can obtain a highly accurate delay time by increasing the number of divisions, but has a drawback in that the amount of parameters to be stored increases as the accuracy increases. Further, it is not realistic to use the delay time calculation method used for the circuit simulation as it is in the logic simulation because the number of parameters is large.
【0008】この発明は、上記した点に鑑みなされたも
ので、少ないパラメータで回路シミュレーション結果に
よく合致したCMOSゲートの遅延特性を算出すること
を可能とした論理シミュレーション方法を提供すること
を目的としている。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a logic simulation method capable of calculating delay characteristics of a CMOS gate that well matches a circuit simulation result with a small number of parameters. There is.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明は、第1に、C
MOSゲートを用いて構成されるLSIの論理シミュレ
ーション方法であって、CMOSゲートの出力電圧値が
VO だけ変化するまでの遅延時間tを、下記数1に基づ
いて算出することを特徴としている。The present invention is firstly directed to C
A method of logic simulation of an LSI configured using MOS gates is characterized in that a delay time t until the output voltage value of the CMOS gate changes by Vo is calculated based on the following expression 1.
【0010】[0010]
【数1】[Equation 1]
【0011】但し数1において、 CL;出力負荷容量、 TTi;入力遷移時間、 VTH;MOSトランジスタのしきい値 α;lnIDSとln|VGS−VTH|の傾き β;MOSトランジスタの利得係数 である。In the equation 1, CL is the output load capacitance, TTi is the input transition time, VTH is the threshold value of the MOS transistor, α is the slope of lnIDS and ln│VGS-VTH│, and β is the gain coefficient of the MOS transistor.
【0012】この発明は、第2に、CMOSゲートを用
いて構成されるLSIの論理シミュレーション方法であ
って、CMOSゲートの出力電圧値がVO だけ変化する
までの遅延時間tを、下記数2に基づいて算出すること
を特徴としている。A second aspect of the present invention is a logic simulation method for an LSI configured using CMOS gates, wherein the delay time t until the output voltage value of the CMOS gate changes by Vo is expressed by the following equation 2. It is characterized in that it is calculated based on.
【0013】[0013]
【数2】(Equation 2)
【0014】但し数2において、 CL;出力負荷容量、 TTi;入力遷移時間、 VTH;MOSトランジスタのしきい値 α;ln|IDS|とln|VGS−VTH|の傾き IDSS ;VDS=VGS=VDDでのMOSトランジスタの飽
和電流値(=β(VDD−VTH)2 /2) である。In Equation 2, CL: output load capacitance, TTi: input transition time, VTH: threshold value of MOS transistor α; slope of ln | IDS | and ln | VGS-VTH | IDSS; VDS = VGS = VDD is a saturation current value of the MOS transistor (= β (VDD-VTH) 2/2) in.
【0015】この発明は、第3に、CMOSゲートを用
いて構成されるLSIの論理シミュレーション方法であ
って、CMOSゲートの出力電圧値がVO だけ変化する
までの遅延時間tを、下記数3に基づいて算出すること
を特徴としている。Thirdly, the present invention is a logic simulation method for an LSI constituted by using CMOS gates, wherein the delay time t until the output voltage value of the CMOS gate changes by Vo is expressed by the following mathematical expression 3. It is characterized in that it is calculated based on.
【0016】[0016]
【数3】[Equation 3]
【0017】但し数3において、 CL;出力負荷容量、 TTi;入力遷移時間、 VTH;MOSトランジスタのしきい値 α;ln|IDS|とln|VGS−VTH|の傾き IDSS ;VDS=VGS=VDDでのMOSトランジスタの飽
和電流(=β(VDD−|VTH|)2 /2) VON;CMOS回路の論理しきい値 である。In the equation 3, CL: output load capacitance, TTi: input transition time, VTH: threshold value of MOS transistor α; slope of ln│IDS│ and ln│VGS-VTH│ IDSS; VDS = VGS = VDD saturation current of the MOS transistor in (= β (VDD- | VTH | ) 2/2) VON; a logical threshold value of the CMOS circuit.
【0018】この発明は、第4に、CMOSゲートを用
いて構成されるLSIの論理シミュレーション方法であ
って、CMOSゲートの出力電圧値がVO だけ変化する
までの遅延時間tを、下記数4に基づいて算出すること
を特徴としている。A fourth aspect of the present invention is an LSI logic simulation method using CMOS gates, wherein the delay time t until the output voltage value of the CMOS gate changes by Vo is expressed by the following equation 4. It is characterized in that it is calculated based on.
【0019】[0019]
【数4】[Equation 4]
【0020】但し数4において、 CL;出力負荷容量、 TTi;入力遷移時間、 VTH;MOSトランジスタのしきい値 α;ln|IDS|とln|VGS−VTH|の傾き IDSS ;VDS=VGS=VDDでのMOSトランジスタの飽
和電流(=β(VDD−|VTH|)2 /2) VON;CMOSゲートの論理しきい値 である。In equation 4, CL: output load capacitance, TTi: input transition time, VTH: threshold value of MOS transistor α; slope of ln | IDS | and ln | VGS-VTH | IDSS; VDS = VGS = VDD MOS transistor saturation current at (= β (VDD- | VTH | ) 2/2) VON; a logical threshold value of the CMOS gate.
【0021】[0021]
【作用】この発明においては、出力負荷容量CL,入力
遷移時間TTiが与えられると、少ないパラメータ(V
TH,α,IDSS ,VON)によって、出力がVO だけ変化
するまでに要するCMOSゲートの遅延時間を算出する
ことができる。しかもこの発明では、MOSトランジス
タのドレイン電流(IDS)−ゲート電圧(VGS)特性
に、α乗則を適用すること、即ちln|IDS|とln|
VGS−VTH|の傾きとして、2ではなく、実デバイスに
より近い値αを用いることにより、回路シミュレーショ
ン結果によく合致した高精度の論理シミュレーションを
短時間に行うことができる。In the present invention, when the output load capacitance CL and the input transition time TTi are given, a small parameter (V
TH, α, IDSS, VON) makes it possible to calculate the delay time of the CMOS gate required until the output changes by VO. Moreover, in the present invention, the α power law is applied to the drain current (IDS) -gate voltage (VGS) characteristics of the MOS transistor, that is, ln | IDS | and ln |
By using a value α closer to the actual device instead of 2 as the gradient of VGS−VTH |, it is possible to perform a highly accurate logic simulation that closely matches the circuit simulation result in a short time.
【0022】また第2の発明によると、MOSトランジ
スタの利得係数βを所定バイアス条件でのドレイン飽和
電流値IDSS で記述して簡略化した計算式を用いること
により、一層簡単にしかも小さい誤差で論理シミュレー
ションが可能となる。更に第3の発明によると、CMO
Sゲートの論理しきい値がトランジスタ単体のしきい値
と異なることを考慮に入れることによって、より高精度
の論理シミュレーションが可能になる。更にまた、第1
の発明から第3の発明を組み合わせた第4の発明によ
り、回路シミュレーション結果により一層合致した高精
度の論理シミュレーションを短時間に行うことができ
る。更に以上の計算式を論理シミュレータに組み込むこ
とで高精度のタイミングシミュレーションが可能にな
る。According to the second aspect of the invention, the gain coefficient β of the MOS transistor is described by the drain saturation current value IDSS under a predetermined bias condition and a simplified calculation formula is used to make the logic even easier and with a small error. Simulation becomes possible. Further, according to the third invention, a CMO
By taking into account that the logic threshold value of the S gate is different from the threshold value of the transistor alone, more accurate logic simulation becomes possible. Furthermore, the first
According to the fourth invention, which is a combination of the first invention to the third invention, it is possible to perform a highly accurate logic simulation more closely matching the circuit simulation result in a short time. Furthermore, by incorporating the above formula into a logic simulator, highly accurate timing simulation becomes possible.
【0023】[0023]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。以下の説明では、CMOSインバータでの出
力の立下がり、即ち入力信号が立ち上がってNMOSト
ランジスタがオンする際の出力遅延を主として扱い、最
後にこれを入力信号が立ち下がってPMOSトランジス
タがオンする場合を含めて一般化する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the output fall in the CMOS inverter, that is, the output delay when the input signal rises and the NMOS transistor is turned on is mainly dealt with, and finally, the case where the input signal falls and the PMOS transistor is turned on is dealt with. Generalize including.
【0024】まず、この発明の実施例の説明に先だっ
て、図1のCMOSインバータ構成を用いて、NMOS
トランジスタがオンする時の一般的に用いられる遅延時
間算出のための計算式を説明する。NMOSトランジス
タQN の電流式は、出力負荷容量CL、NMOSトラン
ジスタのしきい値をVTN、利得係数をβN として、次の
数5で表される。First, prior to the description of the embodiment of the present invention, the NMOS inverter structure of FIG.
A calculation formula generally used for calculating a delay time when the transistor is turned on will be described. The current equation of the NMOS transistor QN is expressed by the following equation 5 with the output load capacitance CL, the threshold value of the NMOS transistor VTN, and the gain coefficient βN.
【0025】[0025]
【数5】 (Equation 5)
【0026】この電流式に基づいて、図2を参照して、
入力遷移時間TTiを考慮にいれて出力電圧がある値V
O になるまでの時間tを求めると、下記数6のようにな
る。Based on this current equation, referring to FIG.
A value V with a certain output voltage considering the input transition time TTi
When the time t until reaching O is obtained, the following equation 6 is obtained.
【0027】[0027]
【数6】 (Equation 6)
【0028】図2に示すように、入力電圧がVDD/2の
点から、出力電圧がVDD/2の点までを遅延時間TDと
定義すると、数6にVO =VDD/2を代入し、その結果
からTTi/2を減ずることによって、数7に示す遅延
時間TDの式が得られる。As shown in FIG. 2, when the delay time TD is defined from the point where the input voltage is VDD / 2 to the point where the output voltage is VDD / 2, VO = VDD / 2 is substituted into Equation 6 and By subtracting TTi / 2 from the result, the formula of the delay time TD shown in Expression 7 is obtained.
【0029】[0029]
【数7】 (Equation 7)
【0030】なお実際のタイミングシミュレータに適用
する場合には、この数7により求められる遅延時間TD
と出力遷移時間TToを算出することが必要である。出
力遷移時間TToは、例えば図3に示すように、出力電
圧波形の0.8VDDの点と0.2VDDの点の2点で直線
近似して求められるもので、これはそのまま次段ゲート
の入力遷移時間TTiとなる。When applied to an actual timing simulator, the delay time TD obtained by the equation 7
It is necessary to calculate the output transition time TTo. The output transition time TTo is obtained, for example, as shown in FIG. 3, by linearly approximating two points of the output voltage waveform at 0.8 VDD and 0.2 VDD, and this is directly input to the gate of the next stage. The transition time becomes TTi.
【0031】数7に具体的な数値を代入して遅延時間T
Dを計算した結果を、図5に回路シミュレーション結果
(一点鎖線)と併せて破線で示す。この結果から、MO
Sトランジスタの電流式を解いただけの数7では、実際
のCMOSゲートの論理シミュレーションに適用したと
き大きな誤差が生じることが明らかである。Substituting a concrete numerical value into the equation 7, the delay time T
The result of calculating D is shown by a broken line in FIG. 5 together with the circuit simulation result (dashed line). From this result, MO
It is clear from Equation 7 that only the current formula of the S transistor is solved that a large error occurs when it is applied to the logic simulation of the actual CMOS gate.
【0032】その原因は種々考えられるが、本発明者等
の考察よれば、以下の点が大きく影響している。 (a)微細化技術の進歩及びトランジスタの性能向上に
より、実デバイスの特性が従来の電流式と合致しなくな
ったこと。 (b)CMOSインバータを基本とするゲートを構成し
たときには、回路しきい値がMOSトランジスタ単体の
しきい値とは異なったものとなること。Various causes can be considered, but the following points have a great influence according to the consideration of the present inventors. (A) Due to the progress of miniaturization technology and the improvement of transistor performance, the characteristics of the actual device no longer match the conventional current equation. (B) When a gate based on a CMOS inverter is formed, the circuit threshold value is different from the threshold value of the MOS transistor alone.
【0033】そこでこの発明では、主として上述の
(a)に起因する誤差を低減するために、 (1)α乗則を適用してトランジスタ電流式を実デバイ
ス特性に近づけ、 (2)更に、利得係数βN を飽和電流値IDSNで記述し
て式を簡略化する。 更にまた、(b)の原因による誤差を低減するために、 (3)CMOSゲートの回路しきい値を導入する。 以下、これらの改良点を順次説明する。Therefore, in the present invention, in order to mainly reduce the error caused by the above (a), (1) the α power law is applied to bring the transistor current equation close to the actual device characteristic, and (2) the gain The coefficient β N is described by the saturation current value IDSN to simplify the formula. Furthermore, in order to reduce the error due to the cause of (b), (3) the circuit threshold of the CMOS gate is introduced. Hereinafter, these improvements will be sequentially described.
【0034】(1)α乗則の適用 α乗則とは、NMOSトランジスタのドレイン電流IDS
−ゲート電圧VGS特性が、概ね次式数8で表されること
をいう。(1) Application of α power law The α power law is the drain current IDS of the NMOS transistor.
-It means that the gate voltage VGS characteristic is generally expressed by the following equation 8.
【0035】[0035]
【数8】 [Equation 8]
【0036】このα乗則に関する参考文献としては例え
ば、菅野卓雄監修「CMOS超LSI設計」(培風館,
1989年)がある。即ち先の数5では、α=2を用い
ているが、最近の微細実デバイスではこれが実状に合わ
なくなっており、実デバイスに合わせるには例えば、回
路シミュレーション結果に応じて最適のαを用いること
が必要になっている。そこでこの発明では、先の数6に
代わって、αを導入した数9を用いることを骨子とす
る。As a reference for the α-law, for example, "CMOS VLSI design" supervised by Takuo Sugano (Baifukan,
1989). That is, although α = 2 is used in the above Equation 5, this does not match the actual state in recent fine real devices, and to match the actual device, for example, use the optimum α according to the circuit simulation result. Is needed. Therefore, in the present invention, the essence is to use the equation 9 in which α is introduced in place of the above equation 6.
【0037】[0037]
【数9】 [Equation 9]
【0038】数9に基づいて、先の数7に代わる遅延時
間TDの式を求めると、数10となる。When the equation of the delay time TD is obtained based on the equation (9) instead of the equation (7), the equation (10) is obtained.
【0039】[0039]
【数10】 [Equation 10]
【0040】実際に、回路シミュレーション結果によ
り、α=1.3を用いて、数9及び数10による計算を
行うことにより、回路シミュレーションに良好に合致す
ることが明らかになった。Actually, the circuit simulation results have revealed that the calculation by the equations 9 and 10 is performed using α = 1.3, which is in good agreement with the circuit simulation.
【0041】(2)βをIDSN で記述する IDSN は、VDS=VGS=VDDのときの飽和ドレイン電流
である。遅延時間の算出に当たっては、線形領域を厳密
に考慮することはそれ程必要ではなく、前述のNMOS
トランジスタの電流式から求められるβに、VGS=VD
D、IDS=IDSNを代入して、βとして下記数11を用い
る。(2) β is described by IDSN IDSN is a saturated drain current when VDS = VGS = VDD. In calculating the delay time, it is not necessary to strictly consider the linear region, and the above-mentioned NMOS is used.
Β which is obtained from the current formula of the transistor, VGS = VD
Substituting D and IDS = IDSN, the following equation 11 is used as β.
【0042】[0042]
【数11】 [Equation 11]
【0043】この数11を用いて、先の数9を書き換え
ると、数12となる。By rewriting the above equation 9 using this equation 11, equation 12 is obtained.
【0044】[0044]
【数12】 [Equation 12]
【0045】更に、この数12に基づいて遅延時間TD
の式は数13となる。Further, based on this equation 12, the delay time TD
The equation is
【0046】[0046]
【数13】 [Equation 13]
【0047】以上の数12及び数13を用いた場合も、
回路シミュレーション結果とも良好な合致が確認され
た。Even when the above equations 12 and 13 are used,
Good agreement was confirmed with the circuit simulation results.
【0048】(3)回路しきい値VONの導入 CMOSゲートの場合に、MOSトランジスタのしきい
値VTNだけでなく、回路しきい値VONを導入して、数6
を書き換えると、数14となる。(3) Introduction of circuit threshold value VON In the case of a CMOS gate, not only the threshold value VTN of the MOS transistor but also the circuit threshold value VON is introduced.
When is rewritten, Equation 14 is obtained.
【0049】[0049]
【数14】 [Equation 14]
【0050】同様に、回路しきい値VONを導入して、数
7を書き換えると、遅延時間TDの式は数15となる。Similarly, when the circuit threshold value VON is introduced and the equation 7 is rewritten, the equation of the delay time TD becomes the equation 15.
【0051】[0051]
【数15】 (Equation 15)
【0052】実際に例えば、回路しきい値VONとして、
TTi=20nsec、CL=0pFで入出力電圧が等しくな
る値を導入する。回路シミュレーション結果から、VON
≒2Vが得られ、これを用いて数14及び数15に基づ
いて遅延時間計算を行った結果、回路シミュレーション
結果に極めてよく合致することが確認された。Actually, for example, as the circuit threshold value VON,
A value is introduced where the input and output voltages are equal when TTi = 20 nsec and CL = 0 pF. From the circuit simulation result, VON
.Apprxeq.2 V was obtained, and the delay time calculation was carried out based on the equations (14) and (15) using this, and it was confirmed that the results closely match the circuit simulation results.
【0053】以上に述べた(1),(2)及び(3)の
考えは、それぞれ単独でも一定の効果が得られるが、こ
れらを組み合わせることにより更に回路シミュレーショ
ン結果との良好なフィッティングが可能となる。
(1),(2)及び(3)を組み合わせた遅延時間tの
式は、次の数16となる。Although the above-mentioned ideas (1), (2) and (3) can achieve a certain effect independently, by combining them, a better fitting with the circuit simulation result is possible. Become.
The formula of the delay time t which is a combination of (1), (2) and (3) is the following Expression 16.
【0054】[0054]
【数16】 [Equation 16]
【0055】同様に、(1),(2)及び(3)を組み
合わせた遅延時間TDの式は、次の数17となる。Similarly, the equation of the delay time TD which is a combination of (1), (2) and (3) is given by the following equation (17).
【0056】[0056]
【数17】 [Equation 17]
【0057】以上の数16及び数17でのフィッティン
グ・パラメータは、VON,α,IDSN のみであり、これ
らは簡単なシミュレーションにより求めることができ
る。また、回路しきい値VONは、各セルについて求めな
ければならないが、α,IDSNはMOSトランジスタの
特性であるから、定められた種類のMOSトランジスタ
についてのみ値を求めておけばよい。具体的に数17に
基づいて算出した遅延時間TDを、図5に実線で示す。
先の数7による結果と比べて回路シミュレーション結果
に極めて近い結果が得られていることが分かる。The fitting parameters in the above equations 16 and 17 are only VON, α and IDSN, and these can be obtained by a simple simulation. Further, the circuit threshold value VON has to be obtained for each cell, but since α and IDSN are the characteristics of the MOS transistor, it is only necessary to obtain the value for the MOS transistor of a predetermined type. Specifically, the delay time TD calculated based on Expression 17 is shown by a solid line in FIG.
It can be seen that a result extremely close to the result of the circuit simulation is obtained as compared with the result of the above-mentioned equation 7.
【0058】この発明による遅延時間計算法を具体的に
タイミングシミュレータに適用する例を、従来例と比較
して図6に示す。図示のようにセル(i),(j),
(k),…が縦続接続されている場合、従来法では、
(a)に示すように各セルについて、出力負荷容量CL
のみを用いた遅延時間算出によりタイミングを検証して
いた。これに対しこの発明では、(b)の実施例では、
出力負荷容量CLと共に、前のセルの出力遷移時間を次
のセルの入力遷移時間TTi,TTj,TTkとして考
慮して遅延時間算出を行う。(c)の実施例は、入力遷
移時間を考慮するが、これをTTi0一定として、計算を
簡略化した場合である。An example in which the delay time calculation method according to the present invention is specifically applied to a timing simulator is shown in FIG. 6 in comparison with a conventional example. As shown, cells (i), (j),
When (k), ... Are cascade-connected, in the conventional method,
As shown in (a), for each cell, the output load capacity CL
The timing was verified by calculating the delay time using only. On the other hand, in the present invention, in the embodiment of (b),
The delay time is calculated by considering the output transition time of the previous cell as the input transition times TTi, TTj, and TTk of the next cell together with the output load capacitance CL. In the example of (c), the input transition time is taken into consideration, but the calculation is simplified by setting this constant TTi0.
【0059】この発明を、バッファやAND等、内部で
信号が2段のゲートを通過するセルに応用する場合に
は、1段目の結果を2段目に代入すれば特性が求められ
る。また、フリップフロップ等のように3段以上のゲー
トを通過するセルの場合には、入力遷移時間依存性は初
段MOSトランジスタにより、また出力負荷容量依存性
か最終段MOSトランジスタによりほぼ決まると考えら
れる。従って初段と最終段の特性のみに着目し、その間
の遅延は一定の内部遅延として予め求めておけば、大き
な誤差を生じることなくタイミング検証が可能になる。When the present invention is applied to a cell in which a signal internally passes through two stages of gates such as a buffer and an AND, characteristics can be obtained by substituting the result of the first stage into the second stage. In the case of a cell that passes through three or more stages of gates such as a flip-flop, it is considered that the input transition time dependency is substantially determined by the first stage MOS transistor, and the output load capacitance dependency or the final stage MOS transistor. . Therefore, if only the characteristics of the first stage and the last stage are focused and the delay between them is calculated in advance as a constant internal delay, the timing verification can be performed without causing a large error.
【0060】図7を用いて、具体的に2段のゲートを通
過するセルの遅延時間計算法を説明すれば次の通りであ
る。まず初段のゲート1について、入力遷移時間TTi
を用い、出力容量として例えば2段目のゲートまでの容
量〜0.04pFを用いて、遅延時間TD1と出力遷移
時間TTo1を計算する。次に得られた出力遷移時間T
To1を2段目ゲート2の入力遷移時間とし、出力負荷
容量CLを用いて2段目ゲート2の遅延時間TD2と出
力遷移時間TTo2を求める。以上の結果から、トータ
ルの遅延時間TD=TD1+TD2、出力遷移時間TT
o=TTo2が求められる。The delay time calculation method for a cell passing through two stages of gates will be specifically described with reference to FIG. First, for the first stage gate 1, the input transition time TTi
The delay time TD1 and the output transition time TTo1 are calculated by using, as the output capacitance, the capacitance up to the gate of the second stage up to 0.04 pF. Next obtained output transition time T
Using To1 as the input transition time of the second-stage gate 2, the delay time TD2 and the output transition time TTo2 of the second-stage gate 2 are obtained using the output load capacitance CL. From the above results, the total delay time TD = TD1 + TD2, the output transition time TT
o = TTo2 is required.
【0061】次に3段のゲートを通過する場合の計算法
を具体的に図8を用いて説明する。図に示すように、方
法1と、簡略化した方法2がある。方法1では、ゲート
1〜ゲート3について順次、前段の出力遷移時間を入力
遷移時間として用いて、遅延時間と出力遷移時間の計算
を行う。ゲート1,2の計算では、出力容量として次段
ゲートまでの容量〜0.04pFを用いる。トータルと
して、遅延時間TD=TD1+TD2+TD3、出力遷
移時間TTo=TTo3が求められる。Next, the calculation method when passing through the three-stage gate will be specifically described with reference to FIG. As shown, there are Method 1 and simplified Method 2. In the method 1, the delay time and the output transition time are calculated by sequentially using the output transition time of the preceding stage as the input transition time for the gate 1 to the gate 3. In the calculation of the gates 1 and 2, the capacitance up to the next-stage gate up to 0.04 pF is used as the output capacitance. As a total, the delay time TD = TD1 + TD2 + TD3 and the output transition time TTo = TTo3 are obtained.
【0062】方法2では、2段目ゲート2の遅延時間T
D2及び出力遷移時間TTo2はコンスタントな内部パ
ラメータとみなして、2段目ゲート2の計算は行わな
い。2段目ゲート2の出力遷移時間TTo2の求め方
は、例えば次のようにする。まず、入力遷移時間TTi
の0〜20nsの変化が出力遷移時間TTo1に与える
影響は、NAND特性を参考にして、出力容量CL=
0.04pF程度として、TTo1=1〜4nsと見積
もられる。次のこの出力遷移時間TTo1が次のゲート
の出力遷移時間TTo2に与える影響は、同様にして、
TTo2=1〜2nsと見積もることができる。従っ
て、TTo2=2ns一定とみなす。In the method 2, the delay time T of the second stage gate 2
D2 and the output transition time TTo2 are regarded as constant internal parameters, and the second stage gate 2 is not calculated. The method of obtaining the output transition time TTo2 of the second stage gate 2 is as follows, for example. First, the input transition time TTi
The effect of the change of 0 to 20 ns on the output transition time TTo1 is as follows.
It is estimated that TTo1 = 1 to 4 ns, assuming about 0.04 pF. The influence of the next output transition time TTo1 on the output transition time TTo2 of the next gate is similarly
It can be estimated that TTo2 = 1 to 2 ns. Therefore, it is assumed that TTo2 = 2 ns is constant.
【0063】また遅延時間TD2を内部遅延として予め
求めるには、例えば次のようにする。まず、セル全体に
ついて、入力遷移時間TTi=0、出力容量CL=0と
してシミュレーションを行い、遅延時間TD0を求め
る。次にゲート1について、入力遷移時間0、出力容量
0.04pFとして遅延時間TD1を求める。次にゲー
ト3について、入力遷移時間2ns、出力容量0として
遅延時間TD3を求める。TD0=TD1+TD2+T
D3であるから、TD2=TD0−TD1−TD3が得
られる。To obtain the delay time TD2 as an internal delay in advance, for example, the following is performed. First, the entire cell is simulated with the input transition time TTi = 0 and the output capacitance CL = 0, and the delay time TD0 is obtained. Next, with respect to the gate 1, the delay time TD1 is obtained assuming that the input transition time is 0 and the output capacitance is 0.04 pF. Next, regarding the gate 3, the delay time TD3 is calculated assuming that the input transition time is 2 ns and the output capacitance is 0. TD0 = TD1 + TD2 + T
Since it is D3, TD2 = TD0-TD1-TD3 is obtained.
【0064】ここまでは、図1に示すCMOSインバー
タでの出力立下がり遅延、即ちNMOSトランジスタQ
N がオンする時の遅延を説明した。出力立上がり遅延に
ついては、図2に対して、図4に示すようになり、主と
してPMOSトランジスタQP がオンする際の遅延を計
算することになる。従って、NMOSトランジスタにつ
いての利得係数βN ,しきい値VTN,飽和電流IDSN を
それぞれ、PMOSトランジスタの利得係数βP
(負)、しきい値VTP(負)、飽和電流IDSP (負)に
置き換えて書き換える必要がある。Up to this point, the output fall delay in the CMOS inverter shown in FIG. 1, that is, the NMOS transistor Q
Described the delay when N turns on. The output rise delay is as shown in FIG. 4 with respect to FIG. 2, and the delay when the PMOS transistor QP turns on is calculated mainly. Therefore, the gain coefficient βN for the NMOS transistor, the threshold value VTN, and the saturation current IDSN are respectively calculated as follows:
(Negative), threshold value VTP (negative), and saturation current IDSP (negative) must be replaced for rewriting.
【0065】主要な計算式についてその書き換えを示す
と、まずα乗則を適用した数9は、立上がり遅延につい
ては次の数18に書き換えられる。但し、αはP,N共
通とする。The rewriting of the main calculation formulas will be described. First, the equation 9 to which the α-law is applied is rewritten to the following equation 18 for the rising delay. However, α is common to P and N.
【0066】[0066]
【数18】 (Equation 18)
【0067】同じく利得係数βN を電流値IDSN に置き
換えた数12は、数19のように書き換えられる。Similarly, the equation 12 in which the gain coefficient βN is replaced with the current value IDSN can be rewritten as the equation 19.
【0068】[0068]
【数19】 [Formula 19]
【0069】同じく、回路しきい値VONを導入した数1
4は、数20のように書き換えられる。Similarly, the number 1 in which the circuit threshold value VON is introduced
4 can be rewritten as Expression 20.
【0070】[0070]
【数20】 [Equation 20]
【0071】また、以上の全てを組み合わせた、数16
に対応するPMOSの場合の式は、数21となる。Further, a combination of all of the above, Equation 16
In the case of the PMOS corresponding to, the equation is:
【0072】[0072]
【数21】 [Equation 21]
【0073】更に、以上のNMOSトランジスタがオン
する場合の計算式とPMOSトランジスタがオンする場
合の計算式は、βN ,|βP |→|β|、VTN,|TTP
|→|TTH|、IDSN ,|IDSP |→|IDSS |なる置
換を行って一般化することができる。即ち、数9及び数
18を一般化すると、下記数22となる。Further, the above equations when the NMOS transistor is turned on and when the PMOS transistor is turned on are βN, │βP│ → │β│, VTN, │TTP
It can be generalized by making the substitutions: | → | TTH |, IDSN, | IDSP | → | IDSS |. That is, the following Expression 22 is obtained by generalizing Expression 9 and Expression 18.
【0074】[0074]
【数22】 [Equation 22]
【0075】同様に、数12及び数19を一般化する
と、下記数23になる。Similarly, by generalizing the equations 12 and 19, the following equation 23 is obtained.
【0076】[0076]
【数23】 [Equation 23]
【0077】同様に、数14及び数20を一般化する
と、下記数24になる。Similarly, by generalizing the equations (14) and (20), the following equation (24) is obtained.
【0078】[0078]
【数24】 [Equation 24]
【0079】同様に、数16及び数21を一般化する
と、下記数25となる。Similarly, by generalizing the equations 16 and 21, the following equation 25 is obtained.
【0080】[0080]
【数25】 (Equation 25)
【0081】但し、以上の一般化において、NMOSト
ランジスタがオンする際の出力立下がりの計算式である
数9,12,13,16等における電圧値VO と、これ
らを一般化した計算式である数22,23,24,25
における電圧値VO の意味が異なっていることに注意す
る必要がある。即ち前者では、電圧値VO はOVからの
変化分(初期値がVDD)を表しているのに対し、後者で
はNMOSの場合には電源VDDからの変化分(初期値が
0V)を意味する。However, in the above generalization, the voltage value Vo in the equations 9, 12, 13, 16 and the like, which is the equation for calculating the output fall when the NMOS transistor is turned on, and the equations for generalizing these are given. Numbers 22, 23, 24, 25
It should be noted that the meaning of the voltage value VO at is different. That is, in the former case, the voltage value VO represents the change amount from OV (the initial value is VDD), whereas in the latter case, in the case of the NMOS, it means the change amount from the power supply VDD (the initial value is 0V).
【0082】次に、この発明による計算式として出力立
ち下がりの場合の数17を用い、出力立上がりについて
はこれに対応する式(即ち数21から導かれる遅延時間
TDの計算式)を用い、出力負荷容量のみによる直線近
似の従来の計算式との精度比較試験を行った結果を説明
する。試験に用いた回路を図9に示す。図9(a)の回
路1は、バッファ(BUF)セルを縦続接続したセルチ
ェーンであり、図9(b)の回路2は、バッファのほ
か、フリップフロップ(FF)及び複合ゲート(MP
X)を含む機能回路である。各セルの出力端子に、ブロ
ック内配線容量0.1pF、及びブロック間配線容量
1.0pFが付加された場合について、それぞれ回路シ
ミュレーションとの誤差を求めた。Next, as the calculation formula according to the present invention, the formula 17 in the case of the output falling is used, and the formula corresponding to this is used for the output rising (that is, the formula for calculating the delay time TD derived from the formula 21). The results of an accuracy comparison test with a conventional linear approximation approximation formula will be described. The circuit used for the test is shown in FIG. The circuit 1 in FIG. 9A is a cell chain in which buffer (BUF) cells are cascade-connected, and the circuit 2 in FIG. 9B is a buffer, a flip-flop (FF) and a composite gate (MP).
It is a functional circuit including X). An error from the circuit simulation was obtained for the case where the intra-block wiring capacitance of 0.1 pF and the inter-block wiring capacitance of 1.0 pF were added to the output terminal of each cell.
【0083】比較結果を表1に示す。The comparison results are shown in Table 1.
【0084】[0084]
【表1】 [Table 1]
【0085】表1から、回路1については、従来法の場
合、信号立上がりの誤差が8%以下であるが、立ち上が
りではブロック配線をした場合に20%という大きな誤
差が発生している。これに対してこの実施例の方法で
は、いずれも10%以内の誤差に収まっている。回路2
については、従来法では10%程度の誤差があるのに対
して、この実施例ではその半分程度の誤差となってい
る。従ってこの発明による遅延時間算出法を論理シミュ
レータに組み込むことによって、回路シミュレーション
結果との誤差が小さい高精度の論理シミュレーションが
可能になる。From Table 1, in the circuit 1, in the case of the conventional method, the signal rising error is 8% or less, but at the rising time, a large error of 20% occurs when the block wiring is performed. On the other hand, in the method of this embodiment, each error is within 10%. Circuit 2
In contrast, the conventional method has an error of about 10%, while the present embodiment has an error of about half of the error. Therefore, by incorporating the delay time calculation method according to the present invention into a logic simulator, a highly accurate logic simulation with a small error from the circuit simulation result becomes possible.
【0086】[0086]
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、入
力遷移時間を考慮し、且つ少ないパラメータによって、
出力が所定値VO になるまでに要するCMOSゲートの
遅延時間を算出することができ、またトランジスタ特性
式に実デバイスにより近いα乗則を適用することによ
り、回路シミュレーション結果によく合致した高精度の
論理シミュレーションを短時間に行うことができる。As described above, according to the present invention, the input transition time is taken into consideration and the number of parameters is reduced.
The delay time of the CMOS gate required until the output reaches the predetermined value VO can be calculated, and by applying the α power law, which is closer to the actual device, to the transistor characteristic formula, it is possible to obtain a highly accurate result that matches the circuit simulation result well. The logical simulation can be performed in a short time.
【図1】 CMOSインバータを示す。FIG. 1 shows a CMOS inverter.
【図2】 CMOSインバータの出力立下がり特性を示
す。FIG. 2 shows an output falling characteristic of a CMOS inverter.
【図3】 出力遷移時間を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating output transition time.
【図4】 CMOSインバータの出力立上がり特性を示
す。FIG. 4 shows an output rising characteristic of a CMOS inverter.
【図5】 実施例の効果を示す遅延時間特性データであ
る。FIG. 5 is delay time characteristic data showing effects of the embodiment.
【図6】 実施例の遅延時間算出法を従来法と比較して
示す。FIG. 6 shows the delay time calculation method of the embodiment in comparison with the conventional method.
【図7】 複数ゲートの場合の遅延時間算出法を示す。FIG. 7 shows a delay time calculation method in the case of multiple gates.
【図8】 複数ゲートの場合の遅延時間算出法を示す。FIG. 8 shows a delay time calculation method in the case of multiple gates.
【図9】 実験に用いた回路を示す。FIG. 9 shows a circuit used in the experiment.
QN …NMOSトランジスタ、QP …PMOSトランジ
スタ。QN ... NMOS transistor, QP ... PMOS transistor.
Claims (4)
Iの論理シミュレーション方法であって、CMOSゲー
トの出力電圧値がVO だけ変化するまでの遅延時間t
を、下記数1に基づいて算出することを特徴とする論理
シミュレーション方法。 【数1】 但し数1において、 CL;出力負荷容量、 TTi;入力遷移時間、 VTH;MOSトランジスタのしきい値 α;ln|IDS|とln|VGS−VTH|の傾き β;MOSトランジスタの利得係数である。1. An LS configured by using a CMOS gate
In the logic simulation method of I, the delay time t until the output voltage value of the CMOS gate changes by Vo
Is calculated based on the following mathematical expression 1. [Equation 1] However, in the equation 1, CL: output load capacitance, TTi: input transition time, VTH: threshold value of MOS transistor α; slope of ln | IDS | and ln | VGS-VTH | β: gain coefficient of MOS transistor.
Iの論理シミュレーション方法であって、CMOSゲー
トの出力電圧値がVO だけ変化するまでの遅延時間t
を、下記数2に基づいて算出することを特徴とする論理
シミュレーション方法。 【数2】 但し数2において、 CL;出力負荷容量、 TTi;入力遷移時間、 VTH;MOSトランジスタのしきい値 IDSS ;VDS=VGS=VDDでのMOSトランジスタの飽
和電流値(=β(VDD−|VTH|)2 /2) である。2. An LS constructed by using a CMOS gate
In the logic simulation method of I, the delay time t until the output voltage value of the CMOS gate changes by Vo
Is calculated based on the following equation 2. [Equation 2] However, in the equation 2, CL: output load capacitance, TTi: input transition time, VTH: threshold value of MOS transistor IDSS; saturation current value of MOS transistor at VDS = VGS = VDD (= β (VDD- | VTH |) 2/2).
Iの論理シミュレーション方法であって、CMOSゲー
トの出力電圧値がVO だけ変化するまでの遅延時間t
を、下記数3に基づいて算出することを特徴とする論理
シミュレーション方法。 【数3】 但し数3において、 CL;出力負荷容量、 TTi;入力遷移時間、 VTH;MOSトランジスタのしきい値 β;MOSトランジスタの利得係数 VON;CMOS回路の論理しきい値 である。3. An LS constructed by using a CMOS gate
In the logic simulation method of I, the delay time t until the output voltage value of the CMOS gate changes by Vo
Is calculated based on the following mathematical formula 3. (Equation 3) However, in the equation 3, CL is the output load capacitance, TTi is the input transition time, VTH is the threshold value β of the MOS transistor, β is the gain coefficient of the MOS transistor VON, and the logic threshold value of the CMOS circuit.
Iの論理シミュレーション方法であって、CMOSゲー
トの出力電圧値がVO だけ変化するまでの遅延時間t
を、下記数4に基づいて算出することを特徴とする論理
シミュレーション方法。 【数4】 但し数4において、 CL;出力負荷容量、 TTi;入力遷移時間、 VTH;MOSトランジスタのしきい値 α;ln|IDS|とln|VGS−VTH|の傾き IDSS ;VDS=VGS=VDDでのMOSトランジスタの飽
和電流値(=β(VDD−VTH)2 /2) VON;CMOSゲートの論理しきい値である。4. An LS formed by using a CMOS gate
In the logic simulation method of I, the delay time t until the output voltage value of the CMOS gate changes by Vo
Is calculated based on the following equation 4. [Equation 4] However, in the equation 4, CL: output load capacitance, TTi: input transition time, VTH: threshold value of MOS transistor α; slope of ln | IDS | and ln | VGS-VTH | IDSS; MOS at VDS = VGS = VDD saturation current value of the transistor (= β (VDD-VTH) 2/2) VON; a logical threshold value of the CMOS gate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6232415A JPH0877240A (en) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Logical simulation method for lsi |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6232415A JPH0877240A (en) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Logical simulation method for lsi |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0877240A true JPH0877240A (en) | 1996-03-22 |
Family
ID=16938900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6232415A Pending JPH0877240A (en) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Logical simulation method for lsi |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0877240A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100850092B1 (en) * | 2006-08-31 | 2008-08-04 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Spice model extraction for cmos devices |
JP2012003612A (en) * | 2010-06-18 | 2012-01-05 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Design support program, design support device and design support method |
-
1994
- 1994-09-01 JP JP6232415A patent/JPH0877240A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100850092B1 (en) * | 2006-08-31 | 2008-08-04 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Spice model extraction for cmos devices |
JP2012003612A (en) * | 2010-06-18 | 2012-01-05 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Design support program, design support device and design support method |
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