library | std cell delay 模型

看新工艺的library 像看天书一样，多了很多内容，老驴打算挖个坑尝试去读一下lib 中每个表格所代表的意义及用途，今儿开篇。

LDM：

LDM: linear delay model, 最简单的cell delay 模型，计算公式：

D = D0 + D1 * S + D2 * C

其中，D0, D1, D2 是常值，S 是input transition time, C 是output load capacitance.

优点：简单。

缺点：不精确。

现状：已淘汰。

NLDM:

NLDM: Non-Linear Delay model, 在lib 中是几张index 为input transition 跟output load 的二维表，如果是多输入cell 每个输入到输出的delay 跟其他输入的状态相关，在lib 中会用 "sdf_cond" 跟 "when" 来表示。NLDM 是在仿真波形上采样三个点得到cell delay 跟output transition:

• slew_lower_threshold_pct_rise/fall, 通常是工作电压的30% 或20%, 用于计算output transition.
• slew_upper_threshold_pct_rise/fall, 通常是工作电压的70% 或80%, 用于计算output transition.
• input/output_threshold_pct_rise/fall, 通常是工作电压的50%, 用于计算cell delay.

因为NLDM 只采样三个输出点，所以不够精确，尤其是当驱动电阻Rd << Znet 时，所以65nm 之后的工艺需要更精确的模型，比如CCS 跟ECSM.

优点：简单明了。

缺点：不精确，无法模拟miller 效应，无法模拟先进工艺的各种效应。

现状：依旧在使用。

CCS, ECSM

CCS, Composite Current Source, 最早由S 发布，目前由IEEE-ISTO 旗下的LTAB <Liberty Technical Advisory Board > 维护。ECSM, Effective Current Source Model, 最早由C 发布，目前由SI2 旗下的OMTAB <Open Modeling Technical Advisory Board > 维护。

CCS 跟ECSM 本质上都是电流源模型，能够抽取电路模型，用于静态时序、功耗、噪声和电压降分析，相较于NLDM 模型具有如下优点：

• High-Z interconnect
• Receiver Miller effect
• Dynamic IR-drop
• Multi-voltage, and Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) design
• Driver weakening
• Temperature inversion
• Lithography induced variability

对于如上电流源模型，q=C*V, i = q/t, 所以可得 i * t = C *V. 其中：

q=charge stored in capacitor,

C=capacitance

v=voltage across capacitor

i=current

所以，可得：

公式一即是CCS 所用的公式，在library 中定义在output_current_rise 跟output_current_fall 中，有三个index 分别对应：

• input_net_transition
• total_output_net_capacitance
• time

公式二是ECSM 所用公式，在library 中定义在ecsm_waveform_set 或ecsm_waveform 中，ecsm_waveform_set表中只有一个index 值是电压，表格实际上是一张64*N 列的表格，64 由 input net transition 跟total output net capacitance 决定，N 对应2% -98% 工作电压的采样。新工艺ECSM 推荐使用：

• 8-piece pin capacitances in ECSM timing libraries.
• 2% - 98% ECSM waveform range.