可靠性仿真典型案例分析教材

1、一、模擬電路的仿真案例1.整體電路功能說(shuō)明過(guò)流檢測(cè)電路用于監(jiān)視電路工作電流的大小，當(dāng)電路負(fù)載上的電 流超過(guò)某一數(shù)值，電路會(huì)給出報(bào)警信號(hào)。檢測(cè)電流可以在流入負(fù)載一 側(cè)取樣，也可以在流出負(fù)載一側(cè)取樣，這兩種檢測(cè)方法可以分別稱為 高端和低端電流檢測(cè)。它們都是通過(guò)取樣電阻采樣電流然后通過(guò)電壓 放大器放大，都要求放大器有較高的輸入阻抗、放大倍數(shù)線性度和一 定的共模范圍。以下時(shí)一個(gè)可能的應(yīng)用場(chǎng)景，0.1歐姆的電阻串接在 1.8V電源和負(fù)載之間，一個(gè)儀表放大器將0.1歐姆電阻上的電壓放 大100倍（實(shí)際略低）后輸入給運(yùn)放的正相輸入端，帶隙電路產(chǎn)生的 基準(zhǔn)電壓輸入給運(yùn)放的反相輸入端，3.3V的電源給儀表放大器

2、、基 準(zhǔn)和運(yùn)算放大器供電，其中儀表放大器是由三個(gè)運(yùn)算放大器組成的。 該電路一共由4個(gè)運(yùn)算放大器模塊和1個(gè)帶隙基準(zhǔn)模塊組成，電路元 件總數(shù)超過(guò)300個(gè)。1.8V電源上的負(fù)載電流超過(guò)某一個(gè)設(shè)定值，運(yùn)算放大器會(huì)輸出 一個(gè)高電平的報(bào)警信號(hào)?？傮w電路的電路圖如圖1-1所示，總電路包 括偏置電壓模塊bandgaptest1、由3個(gè)基本運(yùn)放組成的儀表放大器 yifang和輸出級(jí)運(yùn)放cmop。圖1-1過(guò)流檢測(cè)總電路圖2.使用自建模型進(jìn)行可靠性仿真本方案使用reliability.scs可靠性模型文件傳遞所需的模型 參數(shù)，建模的所有步驟都是基于Cadence軟件的Spectre中的URI接 口，接下來(lái)分別用自建

3、模型對(duì)偏置電壓模塊、運(yùn)算放大器、總體電路 進(jìn)行可靠性仿真。2.1帶隙基準(zhǔn)電壓電路可靠性仿真打開(kāi)已經(jīng)設(shè)計(jì)完整的帶隙基準(zhǔn)電壓電路，界面顯示如圖1-2：圖1-2帶隙基準(zhǔn)電壓源電路圖圖1-3等效電路結(jié)構(gòu)圖（a）圖1-4等效電路結(jié)構(gòu)圖（b）寸n用程m厚 CentOS_Kf4 XVirtuoso Schematic Editor L Editing; myBandgiapFile Edit View Create Z：_ieck Oftion：. Migrale Window Help錯(cuò)誤!未找到引用源。-2是詳細(xì)電路圖，該電路是一個(gè)帶隙基準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)。帶隙基準(zhǔn)的工作原理是根據(jù)硅材料的帶隙電壓與電壓和溫度無(wú)

4、關(guān)的特性，利用*的正溫度系數(shù)與雙極型晶體管匕的負(fù)溫度系數(shù) 相互抵消，實(shí)現(xiàn)低溫漂、高精度的基準(zhǔn)電壓。雙極型晶體管提供發(fā)射 極偏壓匕；由兩個(gè)晶體管之間的 *產(chǎn)生匕，通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)將七放 大a倍；最后將兩個(gè)電壓相加，即Vref=匕+。七，適當(dāng)選擇放大倍數(shù) a,使兩個(gè)電壓的溫度漂移相互抵消，從而可以得到在某一溫度下為 零溫度系數(shù)的電壓基準(zhǔn)。錯(cuò)誤!未找到引用源。-3是電流源產(chǎn)生電路， 充當(dāng)錯(cuò)誤!未找到引用源。-4中的恒流源。接下來(lái)進(jìn)行該帶隙基準(zhǔn)電路的可靠性仿真。點(diǎn)擊Launch菜單下ADE L選項(xiàng)，如圖1 -5所示，進(jìn)入仿真設(shè)置界面。APE LCreate ModelLaunchLdjuL XLL3W3U

5、t 匕苫LSchematics LSchz：inat c? VL30 (i邛1們對(duì) 1 (n|：n3 3) 勺3 (n(Ti3 =;) J4 (.npriJ ajMi-sec uijiicl Op:icnsParasitic sKi ii hSiinulitonDi/dHierarch/ Editor IZ FarT.sg ng；SiF) I 二 Tc:tjcrcncc圖1-5打開(kāi)設(shè)置界面的步驟如圖1-6所示，是Candence的仿真設(shè)置界面堂Oi怖睥 孑3 E叫登或蹄n 仃的S M3 fi阻Oir倒圖1-6仿真設(shè)置界面點(diǎn)擊圖1-6中標(biāo)注有數(shù)字“1”的紅色框中的按鈕，進(jìn)行分析模 式的選擇，選擇

6、瞬態(tài)分析模式，具體配置如圖1-7所示，配置完成后 點(diǎn)擊OK按鈕。再次點(diǎn)擊圖1-6標(biāo)記為“1”的按鈕進(jìn)行分析模式選擇， 選擇dc分析模式，具體配置如圖1-8所示，配置完成后點(diǎn)擊OK按鈕， 則在此次仿真中同時(shí)進(jìn)行瞬態(tài)仿真和dc仿真。TruwlezMu-y5l5 MmpmriqAn3J_axDciaEn5 令 r-snM Gem富7應(yīng) I司常卷| _mp55一I t耍 Mrt Ne.富 L QYPannFwirftfrEn=odK口&I1Mcans-DBtau 京、.IJ*、，工告、T7*r+ran (浙)照興H Cho-osiing Analyses Virtuoso Analog Design

7、E xAnalysisj trani dc8LC-noise1 xfsens-dcmatch-stbJ pzj sp-envlp-pssj pac-pstb-pnoiseJ pxfj pspqpssqpacj qpnoisej q附qpsphb-hbac3 hbnoisehbspDC AnalysisSave DC Operaiing PointHysteresis SweepSweep VariableComponent Name /VO，Component ParameterParameter Namedc.Model ParameterS白loot Ccirripciririt_ Tem

8、perature_ Design VariableSweep RangeA *2叩Start St 叩項(xiàng)Center-SpanSweep TypeAutcimatic： Add Specific Point? _Enabled Options. j.、Can匚日 1Defaults Applj y、Help .圖1-8添加dc仿真分析模式點(diǎn)擊圖1-6中紅色方框中標(biāo)注有數(shù)字“2”的按鈕，進(jìn)行輸出波形的信號(hào)來(lái)源選擇，點(diǎn)擊該按鈕后會(huì)彈出圖1-9所示的選擇對(duì)話框， 點(diǎn)擊“From Schematic ”按鈕，便可以直接從電路圖中選擇需要輸出波形的信號(hào)。此處由于我們僅需要觀察基準(zhǔn)電壓Vref的情況，因此

9、 僅選擇Vref的電壓輸出波形。Settling Outputs - Virtuoso Analog Desigio EmvironmeBt (1)Name (opt)ExpressionCalculatorWill heAddSeleded OutputTable Of OuipuisName/3ignalrE?;pr | Value| PlolJ Saye Options vrefyc：:； allvFrom schemallcOpenGet E*i舊ssSnClosejL Flotted/EvaJualecIKI汕 EKpr日暗En L y.-iLbl 1( 口pply ,，曲Ip圖1-

10、9輸出波形信息設(shè)置界面如圖1-10所示，點(diǎn)擊菜單欄中的Setup菜單中的 ModelLibraries選項(xiàng)，進(jìn)行模型庫(kù)的選擇，點(diǎn)擊該選項(xiàng)后，會(huì)彈出如圖1-11所示的界面，可在該界面中選擇模型庫(kù)。| Virtuoso AnalogLaunch Session怕城I廣SetupDesign Variables四 Design .時(shí) Sjmulator/Directory/Host.High-Perfurriarce Simulation .Model Libraries .r Temperarture .Q otinuli.S；imiilatinr Files .MTLAE/Sim.ilinknv

11、ironment.Arguments0 10o 7 Auto malic start-stop /VDiimouse L:M.F：Model Libraries .status： Selectinc cu:pjt; :o be oDtel.I 心（.：i mula:o-： speclreFicttn】m恒 WIue圖1-10選擇模型庫(kù)菜單圖1-11選擇模型庫(kù)界面點(diǎn)擊圖1-11中的紅色瀏覽按鈕，在/models路徑下選擇可靠性 仿真需要的仿真模型文件，在此處由于是進(jìn)行自建模型的可靠性仿真， 因此選擇reliablility.scs文件，選好后的界面如圖1-12所示。圖1-12選擇好自建模型文件后

12、的界面點(diǎn)擊菜單欄中的Simulation-Reliability-Setup選項(xiàng)，進(jìn)行可靠性仿真的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊該選項(xiàng)后會(huì)出現(xiàn)如圖1-13所示的 配置頁(yè)面。圖1-13可靠性仿真相關(guān)參數(shù)設(shè)置界面在圖1 -13中，僅需要配置Basic選項(xiàng)里的內(nèi)容，各項(xiàng)配置可參 照?qǐng)D1 -13中配置，在這里僅對(duì)紅色方框中的內(nèi)容作簡(jiǎn)要說(shuō)明，方框 1的內(nèi)容是選擇老化時(shí)間，此處是選擇仿真老化10年后的結(jié)果；方 框2是選擇性能損耗比，這里設(shè)置是損耗10%，則仿真工具會(huì)計(jì)算該 電路各個(gè)器件性能損耗10%需要的時(shí)間；方框3是選擇可靠性仿真接 口庫(kù)文件，由于這里是使用URI自建模型，需要選擇接口庫(kù)文件，點(diǎn) 擊瀏覽按鈕選擇“l(fā)

13、ibURI.so”（若使用的是Cadence自帶模型， 則不需要進(jìn)行方框3中的選項(xiàng)的配置）。最后點(diǎn)擊“OK”按鈕保存配 置。點(diǎn)擊圖1-6中的標(biāo)注有數(shù)字“3”的紅色方框中的按鈕，開(kāi)始進(jìn) 行可靠性仿真。此次可靠性仿真僅考慮MOS管的損耗因素，忽略BJT管的損耗因 素。圖1-1是關(guān)鍵MOS管部分電路的截圖，該電路中的MOS的管參 數(shù)（主要是寬度和長(zhǎng)度）是進(jìn)行可靠性仿真之前的參數(shù)。r=3亦圖1-1可靠性仿真關(guān)鍵MOS管PM1=20u圖1-2是進(jìn)行可靠性仿真的仿真圖，紅色線表示該電路工作時(shí)間 為0時(shí)，電源從0v到7v變化，基準(zhǔn)電壓的曲線；黃色曲線表示該電 路工作時(shí)間為10年時(shí)，電源從0v到7v變化，基準(zhǔn)

14、電壓的曲線。不 難看出，當(dāng)此電路工作了 10年后，電路性能已明顯下降，這是MOS管老化過(guò)快的結(jié)果。圖1-2可靠性仿真基準(zhǔn)電壓曲線圖為了找到老化過(guò)快的原因，需要打開(kāi)可靠性仿真時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)分析，如圖 1-16 所示，點(diǎn)擊菜單欄 Result-ReliabilityData-Results，會(huì)彈出如圖1-17所示的對(duì)話框。Launch Session Setup Analyses VariakilBS Dutpuls SimulationTo dIs JHe IpRe euIIs VlrtUMO Analog Design EnSranment (1-I&iecT.Jieiere .Fiincing

15、loinng opiions.Design VariablesType I EnablePlot Gulp ids Direct Pled Film Annotale VDjnrCircuil Londltions. Hlolallons Display.CJUTjpiJtivr&rpm?7sPME7GPME7E：PM?/DJptiansPlotting mode: Repwe1 niaue L：M：1巾Results.staluG： RgaUyT-27 CS im ulata r：叩白供怕 R GlXpertP lot after imulalion. R UtO圖1-16打開(kāi)可靠性仿真數(shù)據(jù)

16、分析界面的步驟1圖1-17打開(kāi)可靠性仿真數(shù)據(jù)分析的步驟2點(diǎn)擊圖1-17中紅色方框內(nèi)的按鈕，就可以看到可靠性仿真的相關(guān)數(shù)據(jù)分析。如圖1-18所示Table Legends:D&gfradatiori.口自耳md,:Ltiiiie:Age:degfradatian after 10. OOyrs. Lifetime Cirt yr) to reach 1. 000e-01 age used in aging sinnLation.|Transistor 1-ILtime(yr| Degrad.|-11-1-Age1-111M2 9.72e+0oil.Ole-01 4.1 86e - U -i |M

17、3 |1.a6e+ll|4.89e-06|4.47e-13|M4 |2.87e+09|2.31e-0E|l.65e-ll|M5 |3.37e+09|2.15e-05|1.4ae-ll|1M6 |1.lle+16|3.39e-0e|4.25e-18|PMOS TRfiNSISTOB DEGRADATION RESULTSTfstlsist匚：m d.re IzLated. as they d.ppear _n SPICE_npu.t file.Table Legends: eqr 3. d.:de yr ad. at ion a f ter 10. OOyrs.Ltime:Lifetime (i

18、n. yr to reach 1.000e-01 Degradation.Age:age nsed in aging simiilation.llraxisistar 1-ILtiiae (yr | Degrad. |-1-1-1-白卵 11111Mil |8. 52e + 15|3. 80e-08 |5.55e-18|腳n in匚仆+門(mén)勺口 69e-041497e-09|PMl |7.50e-03 2.21e+00|6.30e+00|PM2 |3.82e-03 2.95e + 00 |1.24e+01|k圖1-18可靠性仿真相關(guān)數(shù)據(jù)可以看到MOS管PM1和PM2的壽命非常短，紅色圈里是該兩個(gè)

19、 MOS管性能損耗10%所需要的時(shí)間。因此可以看出正是這兩個(gè)管子損 耗非?？?，才導(dǎo)致整個(gè)電路老化較快，因此需要作出相應(yīng)修改已解決 此問(wèn)題。MOS管的老化主要受管子寬度W、管子長(zhǎng)度1和源漏電壓Vds影 響，時(shí)和1越大，損耗速度越慢；Vds越大，損耗速度越快。由于修 改Vds對(duì)電路的狀態(tài)影響過(guò)大，一般不考慮此解決方法，而同比例增 加時(shí)和L, 一般情況下對(duì)電路狀態(tài)的影響很小，因此采用同比例增大 時(shí)和1的方法來(lái)減小電路的老化速度。在圖1-14中，PM0、PM1、PM2 和寬度時(shí)和長(zhǎng)度L分為20um、1um，接下來(lái)將寬度和長(zhǎng)度同時(shí)增大為 原來(lái)的5倍，即W=100um，L=5um，修改后的MOS管參數(shù)如錯(cuò)

20、誤!未找 到引用源。所示。圖1-19修改時(shí)、L后的關(guān)鍵MOS管錯(cuò)誤!未找到引用源。0是增大MOS管的寬度和長(zhǎng)度后，進(jìn)行可 靠性仿真的仿真圖，紅色線表示該電路工作時(shí)間為0時(shí)，電源從0v 到7v變化，基準(zhǔn)電壓的曲線；黃色曲線表示該電路工作時(shí)間為10年 時(shí)，電源從0v到7v變化，基準(zhǔn)電壓的曲線?？梢钥吹皆撾娐饭ぷ?10年后，電路性能變化較小，這表明通過(guò)增大MOS管寬度和長(zhǎng)度以 降低電路老化速度的方法是可行的。圖1-20修改時(shí)、L后進(jìn)行可靠性仿真的輸出波形打開(kāi)可靠性數(shù)據(jù)分析頁(yè)面，如錯(cuò)誤!未找到引用源。1所示，可 以看到PM1和PM2的性能降低10%的時(shí)間已經(jīng)明顯延長(zhǎng)，將PM1和PM2 的寬度和長(zhǎng)度同比

21、例增大5倍后，其性能降低10%所需要的時(shí)間分別 從7.05x10-3年變?yōu)?2.5年、3.82x10-3年變?yōu)?.74年，增長(zhǎng)了3 個(gè)數(shù)量級(jí)，通過(guò)同比例增大MOS管的寬度和長(zhǎng)度的效果非常明顯。；age used in 事 gmg Simula tian.|Transistor|Ltime(yr| Degrad.| AgerlLj3 4 r_l- _.bM M M M M|1.06e+01|9.75e-02|4.45e-03|1.06e+ll|4.89e-06|4.47e-13|2.87e+09|2.31b-05|1.65e-ll|3.42e+09|2.L4e-05|l.3Se-ll|1.11&

22、+16I3.39&-0SI4.25e-18|IPNOE TRAMSISTOR BECRADATION RESULTSTranaistors are Listed as they appear in SPICE input file.TaJble Le gends :Uegrad. : degradation after 10.OOyrs.Ltime； lifet-iiae (in yr) to Leach 1. 000e-01 Degfradstion.Age: age used in agfiitg simuLation. TOC o 1-5 h z ITrarisistor|Ltim&(y

23、r | Degrad. | Age|IIIIIMO|8. 52&+1-5 |3. 8Oe-O0 |5. 55e-18|PMD il.耽e+lDll.L4e-05|3.L8e-12|PM1 |1.25e+01 9.08b-02|3.78e-03|PM2 |6.47e+00 1.21&-01|7.20e-03I-iiiii23圖1-21修改時(shí)、L后的可靠性仿真相關(guān)數(shù)據(jù)2.2運(yùn)算放大器部分可靠性仿真運(yùn)算放大器是模擬電路里的重要模塊，可以構(gòu)成許多有用的電路， 典型的運(yùn)算放大器由兩級(jí)組成，第一級(jí)是差分輸入級(jí)，將輸入的差分 電壓轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，第二級(jí)則是單端輸出級(jí)，負(fù)責(zé)將電流信號(hào)再轉(zhuǎn) 換回單端的輸出電壓。

24、運(yùn)算放大器內(nèi)部一般需要進(jìn)行補(bǔ)償，以保證運(yùn) 算放大器在負(fù)反饋電路中不出現(xiàn)振蕩。圖1-22是單個(gè)基本運(yùn)算放大器的內(nèi)部詳細(xì)的電路圖，它的輸入 端由PMOS和州。，差分對(duì)并聯(lián)構(gòu)成，這樣可以保證輸入電壓范圍軌到 軌，之后是一個(gè)電流求和電路，最后是AB類(lèi)的輸出電路。圖1-22運(yùn)算放大器內(nèi)部詳細(xì)電路圖圖-23為運(yùn)算放大器仿真時(shí)的外部電路，對(duì)它進(jìn)行dc、ac、tran 三種仿真。重點(diǎn)觀察ac仿真結(jié)果，查看運(yùn)放的相位裕度和增益帶寬 積。在可靠性仿真中設(shè)置的aging time是半年。圖1-23運(yùn)算放大器仿真電路打開(kāi)運(yùn)算放大器的電路圖，按照第2.1節(jié)的相關(guān)步驟進(jìn)行可靠性仿真的設(shè)置，這里不再贅述，分析模式設(shè)置和輸出

25、波形設(shè)置如圖1-24中紅色框1和紅色框2中所示。La Jrm Spr?irn SAtjjf dn也書(shū)上a-i;h m Ortprs SiniJlAtim Epu.lts Tnnls Hr pOutputsVirtuoso Analog Design Environment (8) - bandgap cmop tcstDesicn variables Resulls in /homeAWsimu ation/cmop 1e：ntnouES L：Mgumcintmbtir-.topPIuLLhj iiulk. neplac25 52)Model Libraries： .Status： Ready

26、T-27 2Simulator spsctrs Rel XpertState：圖1-24分析模式設(shè)置和輸出波形設(shè)置點(diǎn)擊開(kāi)始仿真按鈕，進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果見(jiàn)錯(cuò)誤!未找到引用源。-25 和圖 1-26。圖1-25運(yùn)算放大器進(jìn)行可靠性仿真的增益圖1-26運(yùn)算放大器進(jìn)行可靠性仿真的相位圖1-25是不同頻率下的增益，紅色代表老化之前的增益，黃色 代表老化之后的增益。圖1-26是不同頻率下的相位，紅色代表老化 之前的相位，黃色代表老化之后的相位。通過(guò)圖1-25和1-26可以看 出，老化之前，運(yùn)放單位增益帶寬為231MHz，相位裕度為76度，老 化半年后相位裕度變?yōu)?6度，單位增益帶寬只有93MHz。打開(kāi)可靠

27、性數(shù)據(jù)分析頁(yè)面，如圖1-27所示| L tuie | DReliability-Setup 菜單項(xiàng)里修改老化時(shí)間，如圖1-29所示，圖1-29將老化時(shí)間設(shè)置為0.0228年的界面將老化時(shí)間設(shè)置為0.0228年再進(jìn)行仿真得到運(yùn)放的頻率響應(yīng)曲線。如錯(cuò)誤!未找到引用源。-30，圖1-30修改老化時(shí)間后運(yùn)算放大器的可靠性仿真可以看到老化后運(yùn)放的單位增益帶寬變?yōu)?73MHz，相位裕度為72度，相比較老化前單位增益帶寬下降較多，但是運(yùn)放的相位裕度 仍大于60度，運(yùn)放可以穩(wěn)定工作。查看運(yùn)放的偏置電路發(fā)現(xiàn)8倍增 電路產(chǎn)生的偏置電流為17.2uA，相比于老化前只降低了 4.4uA。2.3總電路可靠性仿真仿真界面

28、相關(guān)設(shè)置參考2. 1小節(jié)，此處不再贅述。老化前仿真結(jié)果見(jiàn)圖1-31，假設(shè)負(fù)載的電流按照正弦的方式變 化，峰峰值是200mV。圖1-31左邊是瞬態(tài)仿真結(jié)果，紫色線是負(fù)載 電流的變化曲線，紅色線是最后運(yùn)放輸出的報(bào)警信號(hào)。右邊是直流掃 描仿真結(jié)果，紫色線是負(fù)載電流變化曲線，紅色線是輸出的報(bào)警信號(hào)。圖1-31瞬態(tài)和直流掃描仿真結(jié)果圖1-32是整個(gè)電路老化1年后的仿真結(jié)果，黃色線是輸出的報(bào) 警信號(hào)，藍(lán)色線是儀用放大器的輸出結(jié)果，紫色線是負(fù)載電流的變化 曲線?？梢钥吹嚼匣箅娏餍盘?hào)的上半周期不能正常地放大，最后輸 出的報(bào)警信號(hào)也只是在一半電源處擺動(dòng)。查看MOS管閾值電壓的變化， 發(fā)現(xiàn)運(yùn)放的AB類(lèi)驅(qū)動(dòng)電路的

29、NMOS和PMOS管分別增大了 13.8和19.8倍，顯然在這種情況下電路不能夠正常工作。圖1-32老化1年后的仿真結(jié)果3.使用Candence自帶模型進(jìn)行可靠性仿真本方案使用自帶HCI模型仿真設(shè)置，Cadence自帶HCI模型使用了 hci.scs （該文件在 smic18mmrf_1P6M_2014_04_09_v2.1.1/models目錄下）的參數(shù)傳遞文件。接下來(lái)分別用自帶HCI模型對(duì)偏置電壓模 塊、運(yùn)算放大器、總體電路進(jìn)行可靠性仿真。3.1帶隙基準(zhǔn)電壓電路可靠性仿真如圖1-33所示，是Candence的仿真設(shè)置界面圖1-33仿真設(shè)置界面在圖1-33所示的仿真設(shè)置界面里，標(biāo)有“1”、“

30、2”、“4”、“5”數(shù)字的四個(gè)紅色方框里的內(nèi)容需要進(jìn)行設(shè)置，使用HCI模型進(jìn)行可靠性 仿真時(shí)，“1”、“2”數(shù)字方框中的設(shè)置和使用URI自建模型進(jìn)行可靠 性仿真時(shí)的設(shè)置完全一樣的，具體設(shè)置可以參考2.1小節(jié)，但是“4”、“5”中的內(nèi)容有所不同。接卸來(lái)介紹“4”、“5”方框中的內(nèi)容的設(shè)置。打開(kāi)菜單欄Setup-Model Libraries選項(xiàng)，設(shè)置可靠性仿真模型文件為/models目錄下hic.scs文件，該文件是由Candence安裝目 錄下/opt/cadence/IC615/MMSIM131/tools.lnx86/relxpert/example/ad e/ic615_reliabil

31、ity_spectre/model_spectre/relxpert_model.scs的文件復(fù)制而來(lái)，如圖1-34所示。設(shè)置完成后，點(diǎn)擊“OK”保存。圖1-34可靠性仿真模型庫(kù)文件選擇打開(kāi)圖 1-33 中菜單欄 Simulation-Reliability-Setup 選項(xiàng)， 進(jìn)行可靠性仿真的相關(guān)設(shè)置，具體設(shè)置如圖1-35所示ReliabilityBasiciMvanceciHCIWMuai 闕mgHflllfltiirty AnalysisEnable RBllahUliySJmulaljar Mocte-Spe&lre h的陽(yáng) HelXperiLSlmufedtm MccleEnable

32、 :-tessBi孫維艮印ngAeiMperl QplCrlE：Mode Hnk-Cairlar InjDEUan (HC1)受 N0湘*日曰as Thermal InslBdsilW (NBTI)i Poslivis Bia TharmaJ Inslabiity (PBTl)Aging llrrw-Mode:3；史 Hat-C&jrlBr Injocflan (HQ)里9渤 Thermal ln1ajjllHy (NRT1)W PosllVB BiasThsmiaJ 血闋1抱ETCDAfling nrre-1-DA薩 iYSlhOdgsmDs QEffect! fiw0ei caii0iji

33、i)nEnahls Irieimc caJcukfton-C1 盼部alm crtwrlaCL 1LTirte d 佗h油|叩 Ifterfaci? (Lfi)血財(cái)網(wǎng)1-Lhrted reliabilrly interface (URJ moderuneQ|圖1-35可靠性仿真相關(guān)設(shè)置rm t rm tfotrm t rm tfotrm t:r* * tfotrm蟲(chóng) Reliability rwdel： p枷S HCI *3* tt4*3* 4lO4*3* 4lO4*relxpert：relxpert;Trel_xpert：freixpert:*relxpert：relxpert:Trel.x

34、pertzrelxpert；*relxpert：agerrodel pM3 aqelevel = Q4ai = 4.4B22Ee6 bi = 3.7E4-&6+ecriw =的 ecrlig = 375i ecrliD = &+ LC9 = 1.3492 U1 = 9.913 63 = +hfl = 5.7366+06+vthfl = 1.794ub = 2.9638+V&i1： = 2r5+M = 2.4-4.B2帕a.ifigac0-373576,19951 臼-瞬1.1491 nnD = 0.1175 wg=01 1 1 |1 -111 -U -1從1-35可以看到，除了紅色方框中的設(shè)置

35、，其他設(shè)置均與2.1小節(jié)中的圖1-13 一樣。點(diǎn)擊OK按鈕保存設(shè)置。打開(kāi)/models路徑下的hic.scs文件，如圖1-36所示E hci5C5 X |rm t rivr tmtrm t mi： tmt:rm： t mi： tmt:rm：* Reliability 心lei； P電is nbtiiM t iMf relxpert： + lcfl-1.26700 lcl-l.D62g0e-ai*reLxpertt * 響=1,2如3蚌64 n9=l_976398&750e-01relxpeirtr * ae= 3.23S4S93209 1.12e-0L 3.ne&9e-ei 4.32386 1

36、.6 reUpeirt; * ub=( 5,337W 命用 4r29a0ee-01 1 用 L用 1 用relxpert： f vs,at- .575e-Dl D.O 3,3652Qe-01 L.D 1-0 -1.0 *reLxpertt * thO= 4典他 1.173S0 孤羽做如SL lt9745ee-91 4驅(qū)9園 1.0 3*iM t iMf *3* 船廿卻 iM * iMf *3* 船廿卻 iMagerrodsl p33 ageleveL = 14Hibn = B.ZB223 nba = 1 nbea = B_655220nlbgariTia = 1-6 nbgamriHd G.5

37、B759偵皿 1肘娘=1 nbetae = 0,155ee nbetal = M.6?l+nltieta2 = -1 nhemd4Vtil0 = B.43302#ub = 6.4196 0.45 1+V5fit = 93217 2,6791*relxpert：TElxpert;MrelKpcrt*relxpert50.OB3139 B-Z337 3.347 L L II0.15625 9-12551 L25 -Irelxpert：TElxpert; nrelKpertj f reUpert?圖1-36 hci.scs文件內(nèi)容可以看到，該文件中包括NMOS HCI、PMOSHCI、PMOS NB

38、TI三種 模型的相關(guān)參數(shù)，由于該電路只包含P33、N33型的MOS管，因此該 文件只包含N33、P33型MOS管的各項(xiàng)參數(shù)，若電路包含N18、P18型 MOS管，將N18、P18型MOS管的可靠性仿真相關(guān)參數(shù)添加進(jìn)來(lái)即可。接下來(lái)分別單獨(dú)進(jìn)行系統(tǒng)自帶模型下NMOS HCI模型可靠性仿真、 系統(tǒng)自帶模型下PMOS HCI模型可靠性仿真、系統(tǒng)自帶模型下PMOSNBTI模型可靠性仿真。(1)系統(tǒng)自帶模型下NMOS HCI模型可靠性仿真刪除hci.scs文件中的PMOS HCI模型、PMOS NBTI模型的相關(guān)參數(shù)，僅留下NMOS HCI模型的相關(guān)參數(shù)，如圖1-37所示。耳打開(kāi)v 保存者j巍弟1|_l

39、hd.5ES Xx Copyrigl-1 (C) Cadence Design Systems, Inr, All rights reserved.DISCLAIMED: The rollotfiny models are provided Far Cadence customers Id use atTheir own risk. The models are not representative oT any real process. Themodels 福require modLication to satisfy The reqiremerts of any user.1 he mo

40、dels and any morlL cstians to the models ney not he campaTihle withci.rrert or future versions erf Cadence products.x THE CODE TS PROVIDED AS 15 AND WITH NO WARRANTIES, INCLUDING WITHOLTT LIMITATION ANY EXPRESS WARRANTIES OR IMPLIED WARRATTriES OF MERCHANTABILITYOR FITNESS FOR A PARTICULAR USE .r rt

41、tr yi 丫” r rtti y r re t n fti y yv r rttT rei i yRelioLilit/ model： nmos hciMrelxpert: agemodel n33 agelevel-OrelKpert： + a_=7.73220e+o& Lii=i.7eoe0e+06 ea=e.erelxpert： + ecrit0=5.7122Oe-i-0 ecritbQ.a ecritgg,6005fle+03*relxpert： + Lc0=1.26700 LcL-i.O62goe-0L*relxpert: t 1.2413&c+G4 ni9=l .97639 nn

42、O3.09750-01*relxpert： + 知=3.2384Q ?,932SS l,12609e-Ql IL日琦e-41 4.32380 -l.G -reliperl: + ub- 5.88700 O.O .290805-01 1.0 1.0 1.0 rely pert： ， uit= 4.575e-si o.o B.3652a-ei 1 .a 1 .s -i.o -relxpert: +S.20800 1.17386 .32600e-01 1.974506-01 2.B290D 1.0 圖1-37 NMOS HCI模型仿真時(shí)hci.scs文件內(nèi)容保存hci.scs文件，點(diǎn)擊開(kāi)始仿真的按鈕

43、進(jìn)行可靠性仿真，仿真 結(jié)果如圖1-38所示。圖1-38 NMOS HCI模型下帶隙基準(zhǔn)電壓源可靠性仿真結(jié)果可以看到，老化之前的曲線和老化之后的曲線完全相同。在菜單Result-Result Data選項(xiàng)中打開(kāi)可靠性仿真的數(shù)據(jù)分析，如圖1-39所示OOS TRANSISTOR DEGRADATION RESULTSTransistors are Listed as they appear in SPICE input file.Tahle Legfends :inacKlb:niaKLiiiujn.substrate current.avglb:averagesubstrate current.

44、jiLscxIg:uiaxiiuuin.gate current.avglg:averagegate current.Eegiad. : degradation after 10.OOyrs.Ltime: hot carrier Lifetime (in. yr) to reach 1.OOOe-OL DegradatiAge: age used in aging simulation.| Transistor InaiKlki (A) |avglb(ft)|avgIg(A) |Ltinie(yr| Eegrad.I1111II|M2| 0. 00e+0010.00e+001 0.00e+00

45、1 0. OOe+CiO | Inf inity |0.OOe+OO|113I 0. 00e+0010.00e+001 0.OOe+OO | 0. OOe+CiO | Inf inity |0.OOe-i-OO114| 0. OOe+OO | 0 . OOe+OO | 0 . OOe+OO | 0 . OOe+ClO | Inf inity | 0 . OOe-i-OOIMSI 0.OOe+OOI0.OOe+OO|0.OOe+OO|0.OOe+QO|Infinity|0.OOe+OO|116| 0. OOe+OO|0.OOe+OO | 0.OOe+Oti | 0. CiOe+tiO | Inf

46、inity|0.OOe-i-OO圖1-39 NMOS HCI模型下帶隙基準(zhǔn)電壓源可靠性仿真數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)解釋了為什么老化10年后的曲線和老化前的曲線完全重合， 這是因?yàn)樵撾娐分兄挥蠵MOS，沒(méi)有NMOS，所以在NMOS HCI模型下的仿真是無(wú)意義的。(2)系統(tǒng)自帶模型下PMOS HCI模型可靠性仿真刪除hci.scs文件中的NMOS HCI模型、PMOS NBTI模型的相關(guān)參數(shù)，僅留下PMOS HCI模型的相關(guān)參數(shù)，如圖1 -40所示。3臼打開(kāi)v璃保存|查|，胡撤涓 I帛序眺羸|_l hci.scE X hcill.scsCcpyright (Cl Cadence Design Systems,

47、 Inc. All rights reserved.DISCLAIMER: The following nodels are provided for Cadence customers to use attheir own risk. The models are not representative of any real process. Themodels may require modification to satisfy the requirements of any user.The models 日nd any modifi匚日ticin to the models may

48、not be compatible withcurrent or future versions of Cadence products.THE CODE IS PROVIDED AS IS AND WITH NO WARRANTIESr INCLUDING WITHOLTI IMITATION ANY EXPRESS WARFWNHFS OR TMPI TED WARRANTTFS OF MERCHANTABTIITYOR FITNESS FOR A PARTICULAR USE.* Reliability model: PNOS HCIrelxpert*relxpert*relxpert*

49、relxpert*relxpert*relxpertrelxpert*relxpertfrelxpertagemodel p33 agelevel = 0+ai - 4.4822&1-06 bi - 3.7e+06+ecriTfl = I.fi233e+ft5 ecritg = 375W ecritb| = G+lc0 = 1.3402 lei = 3.0103 ea = 0+h8 = 5,738e+S6+vthfl = 1.79tub = 2.983S+vsat - 2.3+afl = R.44S2= 1.1491 nnQ = 9.1475 wg=0 Q.16986 O.37357 0.19

50、051 0.49511111 11 11 -11 -1圖1-40 PMOS HCI模型仿真時(shí)hci.scs文件內(nèi)容保存hci.scs文件，點(diǎn)擊開(kāi)始仿真的按鈕進(jìn)行可靠性仿真，仿真 結(jié)果如圖1-41所示。圖1-41 PMOS HCI模型下帶隙基準(zhǔn)電壓源可靠性仿真結(jié)果可以看到，老化之前的曲線和老化10年之后的曲線差異非常大。在菜單Result-Result Data選項(xiàng)中打開(kāi)可靠性仿真的數(shù)據(jù)分析，如圖1-42所示Table Legends:macxlb:血sjcLmujisutistrate current.avglb；averagecurrent.jiisjclg:gpatecurrent.avg

51、lg:averagegatecurrent.Degxad. ； deqradation after 10.OOyrs.Ltime: hot. carrier lifetime (in yr) tc reach 1. 000e-01 DegradLatuAge: age used in aging simulation.| Transistor |jnacclb (&) | avglb (A) |maxig (A) | mwglg (k) Ltime (yi | Deg(radMO |C. 00e+00|, 00e+00|, 00e+00|. 00e + 00|InFinity|0. OOe +

52、 OO PMO |9.40e-24|9.40e-24|l.a3e-16|l.03e-ieI 3.SOe + lSl1.41e-03 Pill |3 08e-ll|3.a8e-ll|6.37e-13|6.37e-13|1.45e-01 1 87e-01 PM2 |4 24e-ll|4.24e-ll|7.60e-13|7.G0e-13|l.OLe-Ol 1 97e-01圖1-42 PMOS HCI模型下帶隙基準(zhǔn)電壓源可靠性仿真數(shù)據(jù)分析通過(guò)圖1-40的紅色框中的數(shù)據(jù)可以看到，PM1和PM2的性能損耗 10%的時(shí)間只有0.145年和0.101年，所以10年后兩個(gè)MOS管的損 耗會(huì)遠(yuǎn)大于10%，所以老化

53、10年后的結(jié)果和未老化時(shí)的結(jié)果相差較 大。(3)系統(tǒng)自帶模型下PMOS NBTI模型可靠性仿真刪除hci.scs文件中的NMOS HCI模型、PMOS HCI模型的相關(guān)參數(shù)，僅留下PMOS NBTI模型的相關(guān)參數(shù)，如圖1-43所示。hci.scs 篆Copyright C) Caderce Design Systems, Inc. All rights reserved.DISCLAIMER： The following models are provided for Cadence customers to use attheir own risk. The models are not r

54、epresentative of any real process. Thenadels may require modiication to satisfy the requirements of ary user.The models and ary modifications to the models may not be compatible withcurrent or future versions 0- Cadence products.THE CODC IS PROVIDED AS IS AND WITH NO WARRANTIES, INCLUDING WITHOUTLIM

55、ITAIIUN ANY EXPRESS WARRANI1ES OR IMPLIED WARfWNTltS Uh MERCHANTABILITYQR FTTNESS FOR A PARTKULAR USF.* Reliability model； PMOS NBTI*re Lxpert：*relxpert：relxpert：*relxpeit:*re Lxpert：*rel_Kpert ：relxpert；relxpeit：agenode L p33 agelevel = 1+rhn = 0.29?25 nba = 1 nbea = 9.055226- 1.6 nbgmminmd= 0.5875

56、9+nbalpha+nbeta2+vth0+ub =+vsat-1=-1=0.40.4196nbetaS - 0.0O135B8 nbetal - 20.621 nbemod 3.4562 e 0.45 L=0.3217 2.6701=20.083139 0.2537 3.347 11 10.18025 0. 12551 4.25 -1|圖1-43 PMOS NBTI模型仿真時(shí)hci.scs文件內(nèi)容保存hci.scs文件，點(diǎn)擊開(kāi)始仿真的按鈕進(jìn)行可靠性仿真，仿真結(jié)果如圖1-44所示。圖1-44 PMOS NBTI模型下帶隙基準(zhǔn)電壓源可靠性仿真結(jié)果可以看到，老化之前的曲線和老化10年之后的曲線相差

57、不大。在 菜單Result-Result Data選項(xiàng)中打開(kāi)可靠性仿真的數(shù)據(jù)分析，如圖 1-45所示。PMOS TEtANSISTOE. DEGRADATION RESULTSTransistors are listed as they appear in. SPICE input fiLe.IT able Legends: jnaiinma absolute Vgs value.jnaxVd : maxiuiujii absolute Vds vaLue.Degrad. : degradation after 10.OOyrs.Ltim已：nbti Lif已time (in yr) to r

58、已a(bǔ)ch. 1.000已一DI 已gradationAqe ； age 口mud in aginq SLnilatiorL.ITiarLsistoi |m繭Wgi：礦）JildJiVd(V) |Ltime(yr|neyraii. | Aye |PM01.196+001.19e+a0|4?04elo2k.73e-02|2.82e-07|PM11.196-003. D5e+ClO |3.51e+03|b.06e-02|3.24e-08|PM21.19e-na03.11e+a0|3.7如+03|p.02e-02|3.04e-08|圖1-45 PMOS NBTI模型下帶隙基準(zhǔn)電壓源可靠性仿真數(shù)據(jù)分析根

59、據(jù)圖1-45的數(shù)據(jù)可知，PM0、PM1、PM2均有較長(zhǎng)的壽命，因此 老化10年后的結(jié)果和老化之前的結(jié)果相差不大。3.2運(yùn)算放大器部分可靠性仿真仿真過(guò)程與3.1節(jié)類(lèi)似，可參照3.1節(jié)和2.2節(jié)，這里僅作簡(jiǎn)單 介紹。（1）系統(tǒng)自帶模型下NMOS HCI模型可靠性仿真刪除hci.scs文件中的PMOS HCI模型、PMOS NBTI模型的相關(guān)參數(shù)，僅留下NMOS HCI模型的相關(guān)參數(shù)，如圖1 -46所示。+hci.scs 箕 口 hcill.scs 攜their own risk. The models are not representative of any real process. Them

60、odels may require modification to satisfy the requirements of any user.The models and any modifications to the models may not be compatible withcurrent ar future versions of Cadence products,THE CODE IS PROVIDED AS ISm AND WITH NO WARRANTIESP INCLUDING WITHOUTLIMITATION ANY EXPRESS WARRANTIES OR IMP