一種基于cad蒙特卡洛分析的電路成品率估算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）蒙特卡洛分析的電路成品率估算方法。步驟包括：確定所分析電子線(xiàn)路或集成電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路的性能參數(shù)指標(biāo)范圍、關(guān)鍵元器件參數(shù)及元器件參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律；建立電路性能參數(shù)與元件參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值之間的代理模型來(lái)近似電路；依據(jù)電路元件參數(shù)分布規(guī)律，產(chǎn)生電路蒙特卡洛分析的隨機(jī)抽樣組合序列；利用電路性能參數(shù)的代理模型對(duì)隨機(jī)抽樣組合序列進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到電路性能參數(shù)預(yù)測(cè)值及每個(gè)性能參數(shù)預(yù)測(cè)值的置信區(qū)間范圍；對(duì)電路性能參數(shù)預(yù)測(cè)值修正計(jì)算；將性能參數(shù)預(yù)測(cè)值代入性能參數(shù)指標(biāo)規(guī)范范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算電路性能參數(shù)的成品率；本發(fā)明時(shí)間成本開(kāi)銷(xiāo)低、電路仿真次數(shù)少、分析效率高、估算成品率準(zhǔn)確性高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于CAD蒙特卡洛分析的電路成品率估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路及集成電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)蒙特卡洛分析的電路成品率估算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于制造工藝和使用條件的原因，任何電子電路中元器件都不可避免地受到隨機(jī)擾動(dòng)因素的影響，從而使實(shí)際電路中元器件參數(shù)與設(shè)計(jì)目標(biāo)值之間存在隨機(jī)誤差，從而導(dǎo)致實(shí)際電子電路中元器件參數(shù)的實(shí)際數(shù)值不一定等于其標(biāo)稱(chēng)值，而只是其標(biāo)稱(chēng)值容差范圍內(nèi)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)值。而在實(shí)際的電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)過(guò)程中往往都是采用元器件參數(shù)的標(biāo)稱(chēng)值進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)的電路和實(shí)際生產(chǎn)制造出的電路性能之間必然存在著差別。另外，電子產(chǎn)品在使用的過(guò)程中隨著使用時(shí)間的增加和環(huán)境溫度的變化，也會(huì)使這種差別擴(kuò)大，在嚴(yán)重情況下，這種偏差可能達(dá)到影響電子產(chǎn)品的正常使用的程度，從而造成電路的失效。因此在電子線(xiàn)路、集成電路設(shè)計(jì)中需要考慮元件容差對(duì)電路性能的影響。
[0003]現(xiàn)代電路、集成電路設(shè)計(jì)主要依靠計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)者應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行各種分析與仿真。其中容差分析就是在給定電路元器件參數(shù)容差范圍的條件下，計(jì)算元器件參數(shù)變化對(duì)性能的影響。而在電子電路與集成電路的可靠性設(shè)計(jì)中，蒙特卡洛分析是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件中電路進(jìn)行容差分析主要方法之一。
[0004]蒙特卡洛分析是一種基于概率統(tǒng)計(jì)仿真的方法，它是在給定電路元器件的參數(shù)容差所服從的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律下，用一組偽隨機(jī)數(shù)，求得元器件參數(shù)的實(shí)際抽樣序列，從而在不同的器件參數(shù)的隨機(jī)抽樣序列下進(jìn)行電路特性仿真，并通過(guò)多次分析結(jié)果的綜合統(tǒng)計(jì)分析，得到電路特性的分布規(guī)律，包括電路的成品率。因此，在電子線(xiàn)路、集成電路設(shè)計(jì)中考慮元器件容差對(duì)電路性能影響，需要對(duì)電路進(jìn)行蒙特卡洛分析，分析電路制造成品率，進(jìn)而進(jìn)行電路設(shè)計(jì)優(yōu)化以改善電路在特定生產(chǎn)線(xiàn)中的成品率，。
[0005]常規(guī)CAD中基于蒙特卡洛分析的電路成品率估算的基本步驟如下:
[0006](I)給出電子電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、元器件參數(shù)及元器件參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律；
[0007](2)產(chǎn)生均勻分布的偽隨機(jī)數(shù)抽樣序列；
[0008](3)由均勻分布的偽隨機(jī)數(shù)抽樣序列，建立電子電路元器件參數(shù)所指定分布的隨機(jī)抽樣序列；
[0009](4)用電路模擬工具對(duì)N組隨機(jī)抽樣的電路元器件參數(shù)所構(gòu)成的電路依次進(jìn)行模擬；
[0010](5)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出電路性能參數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，以及電路的成品率。
[0011]傳統(tǒng)電路的蒙特卡洛分析方法，關(guān)鍵目標(biāo)是統(tǒng)計(jì)計(jì)算在元器件容差范圍內(nèi)，電路的成品率，這是電路可靠性設(shè)計(jì)關(guān)鍵指標(biāo)。常規(guī)蒙特卡洛分析中，需要完成多組仿真，每一次迭代都需要進(jìn)行一次電路模擬。隨著電路規(guī)模增大、元器件增多、模擬次數(shù)增加，仿真的時(shí)間成本越來(lái)越大。因此電路設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)的蒙特卡洛(MC)分析其電路仿真次數(shù)多、耗時(shí)長(zhǎng)。從提高電路模擬仿真效率的角度考慮，需要找到一種方法，在不犧牲精度的前提下用更少的電路仿真次數(shù)完成電路的蒙特卡洛分析，估算電路成品率。
[0012]為了減少依靠蒙特卡洛分析估算成品率中電路模擬花費(fèi)的時(shí)間成本，一種建立電路性能參數(shù)的代理模型(近似模型)，然后利用該代理電路模型計(jì)算代替實(shí)際電路仿真進(jìn)行蒙特卡洛分析方法被提出。由于電路代理模型建立電路目標(biāo)參數(shù)與元件參數(shù)之間的近似關(guān)系，并且模型形式簡(jiǎn)單，計(jì)算與仿真的時(shí)間成本較實(shí)際電路仿真低，因此能夠有效提高電路蒙特卡洛分析效率。但是由于電路代理模型計(jì)算結(jié)果與電路模擬結(jié)果存在近似誤差，完全基于代理模型的蒙特卡洛分析結(jié)果與實(shí)際蒙特卡洛分析結(jié)果往往存在較大誤差，從而影響了電路成品率估算精度。
[0013]綜上，完全基于實(shí)際電路模擬以及完全基于電路代理模型蒙特卡洛分析的成品率估算方法分別存在如下缺點(diǎn):
[0014]1.基于實(shí)際電路模擬的傳統(tǒng)的集成電路蒙特卡洛分析，電路仿真次數(shù)多、仿真成本高，隨著集成電路規(guī)模日益增大、電路日益復(fù)雜，其時(shí)間成本已經(jīng)無(wú)法承受；
[0015]2.完全基于電路代理模型的蒙特卡洛分析，受代理模型的預(yù)測(cè)能力限制，分析結(jié)果可能存在一定誤差，有時(shí)其誤差較大，其成品率估算誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明提供了一種基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的電路蒙特卡洛分析方法，旨在解決基于實(shí)際電路模擬的傳統(tǒng)電路蒙特卡洛分析，電路仿真次數(shù)多、仿真成本高，隨著電路規(guī)模日益增大、電路日益復(fù)雜，時(shí)間成本已經(jīng)無(wú)法承受，以及完全基于電路代理模型的蒙特卡洛分析，受代理模型的預(yù)測(cè)能力限制，分析結(jié)果存在一定誤差，有時(shí)誤差較大，影響電路的成品率分析的問(wèn)題。
[0017]本發(fā)明的目的在于提供一種基于CAD中蒙特卡洛分析的成品率估算方法，該成品率估算方法包括:
[0018]步驟一,確定所分析電子電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路的性能參數(shù)指標(biāo)范圍、關(guān)鍵元件參數(shù)及元件參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律；
[0019]步驟二，利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，在電路元件變化空間范圍內(nèi)建立電路性能參數(shù)與元件參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值之間的代理模型來(lái)近似電路；
[0020]步驟三，依據(jù)電路元件參數(shù)分布規(guī)律，產(chǎn)生電路蒙特卡洛分析的隨機(jī)抽樣組合序列；
[0021]步驟四，利用電路性能參數(shù)的代理模型對(duì)隨機(jī)抽樣組合序列進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到電路性能參數(shù)預(yù)測(cè)值及其置信區(qū)間；
[0022]步驟五，將基于代理模型得到的電路性能參數(shù)預(yù)測(cè)值的置信區(qū)間與性能參數(shù)指標(biāo)規(guī)范進(jìn)行比較，對(duì)可能存在較大預(yù)測(cè)誤差的電路性能參數(shù)預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正計(jì)算；
[0023]步驟六，按照步驟五得到的性能參數(shù)預(yù)測(cè)值或電路仿真值，代入性能參數(shù)指標(biāo)規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算電路性能參數(shù)的設(shè)計(jì)成品率。
[0024]進(jìn)一步，步驟二中，利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，在電路元件變化空間范圍內(nèi)建立電路性能參數(shù)與元件參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值之間的近似模型來(lái)近似電路時(shí)，可采用充滿(mǎn)空間的統(tǒng)計(jì)抽樣與Kriging建模方法建立電路的Kriging模型,如式:F=f (x),其中x為n維列向量，n等于元件參數(shù)個(gè)數(shù)。
[0025]進(jìn)一步，步驟三中，依據(jù)電路元件參數(shù)分布規(guī)律，產(chǎn)生電路蒙特卡洛分析的隨機(jī)抽樣組合序列X，形式如下:
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)蒙特卡洛分析的電路成品率估算方法，其特征在于，該電路成品率估算方法包括: 步驟一，確定所分析電子電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路的性能參數(shù)指標(biāo)范圍、關(guān)鍵元件參數(shù)及元件參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律； 步驟二，利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，在電路元件變化空間范圍內(nèi)建立電路性能參數(shù)與元件參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值之間的代理模型來(lái)近似電路； 步驟三，依據(jù)電路元件參數(shù)分布規(guī)律，產(chǎn)生電路蒙特卡洛分析的隨機(jī)抽樣組合序列；步驟四，利用電路性能參數(shù)的代理模型對(duì)隨機(jī)抽樣組合序列進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到電路性能參數(shù)預(yù)測(cè)值及其置信區(qū)間； 步驟五，將基于代理模型得到的電路性能參數(shù)預(yù)測(cè)值的置信區(qū)間與性能參數(shù)指標(biāo)規(guī)范進(jìn)行比較，對(duì)可能存在較大預(yù)測(cè)誤差的電路性能參數(shù)預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正計(jì)算； 步驟六，按照步驟五得到的性能參數(shù)預(yù)測(cè)值或電路仿真值，代入性能參數(shù)指標(biāo)規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算電路性能參數(shù)的設(shè)計(jì)成品率。
2.如權(quán)利要求1所述的電路成品率估算方法，其特征在于，步驟二中，利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，在電路元件變化空間范圍內(nèi)建立電路性能參數(shù)與元件參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值之間的近似模型來(lái)近似電路時(shí)，可采用充滿(mǎn)空間的統(tǒng)計(jì)抽樣與Kriging建模方法建立電路的Kriging模型。
3.如權(quán)利要求1所述的電路成品率估算方法，其特征在于，步驟三中，依據(jù)電路元件參數(shù)分布規(guī)律，產(chǎn)生電路蒙特卡洛分析的隨機(jī)抽樣組合序列X，形式如下: X=Ll1 I2 …U 其中m等于蒙特卡羅抽樣次數(shù)，I ,為n維列向量，值為元件參數(shù)值。`
4.如權(quán)利要求1所述的電路成品率估算方法，其特征在于，步驟四中，利用電路性能參數(shù)的代理模型F=f(x)對(duì)隨機(jī)抽樣組合序列X進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到基于代理模型計(jì)算得到電路性能參數(shù)值Y，形式如下:
Y= [yi I2...ym]T=f ( ^ I ^ 2...^m) 以及每個(gè)性能參數(shù)預(yù)測(cè)值的置信區(qū)間范圍:
Low= [1w1 1w2 … 1w111]1
Up=Lup1 UP2...upm]T 其中Low表示置信區(qū)間下限，Up表示置信區(qū)間上限。
5.如權(quán)利要求1所述的電路成品率估算方法，其特征在于，步驟五中，將基于代理模型得到電路性能參數(shù)值的置信區(qū)間與性能參數(shù)指標(biāo)規(guī)范進(jìn)行比較，對(duì)電路性能參數(shù)值進(jìn)行修正計(jì)算時(shí)，如果參數(shù)指標(biāo)范圍[low，up]不完全包含參數(shù)值的置信區(qū)間，如下式
(lowi<low<upi) or (lowi<up<upi) 那么需要將I i代入電路仿真中重新計(jì)算Yi替代Kriging元模型對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)值Ji,并保存到Y(jié)中；如果參數(shù)指標(biāo)范圍[low，up]完全包含參數(shù)值的置信區(qū)間，或者完全不包含[1wi, UPi],如下式:
(low<lowi<up<upi) or (up^low) or (Up(1wi) 那么以[loWi，uPi]對(duì)應(yīng)的yi作為計(jì)算成品率的參數(shù)性能值。
6.如權(quán)利要求1所述的電路成品率估算方法，其特征在于，步驟六中，按照步驟五得到的性能參數(shù)，代入性能參數(shù)指標(biāo)規(guī)范范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算電路性能參數(shù)的成品率時(shí)，即按照步驟五得到的性能參數(shù)Y，代入性能參數(shù)指標(biāo)規(guī)范范圍[low，up]統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算電路性能參數(shù)的成品率。`
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103559369SQ201310577280
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月14日
【發(fā)明者】游海龍, 賈新章, 顧鎧, 張瀟哲 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)