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Cadence IC618 EMIR仿真完整流程搭建与电压降分析实操要点

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1 EMIR仿真概述

（《芯片设计中的EMX和EMIR仿真》视频课程已正式上线，同步更新在B站和网易云课堂）。

模拟IC设进阶

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射频IC设计实践—基于蓝牙BLE实例 https://www.bilibili.com/cheese/play/ss856046952

芯片设计中的EMX和EMIR仿真 https://www.bilibili.com/cheese/play/ss663817405

模拟射频IC设计实践课堂 https://study.163.com/provider/400000000264027/index.htm?share=2&shareId=400000000264027

EMIR仿真包括IR drop仿真和EM电迁移仿真，用于评估芯片版图中metal走线和过孔引起电压降IR drop和电流密度过大导致的电迁移可靠性问题，即metal走线是否能够流过电路工作需要的电流大小。

Cadence的Voltus-Fi-XL仿真引擎Spectre EMIR可以执行IR压降和EM电流分析，其通常采用dspf寄生参数文件来进行仿真分析，总的仿真流程如下图所示：

2 EMIR仿真流程

EMIR总的仿真流程如上图所示，运行EMIR仿真需要提取电路版图的寄生参数文件dspf文件，同时需要工厂提供的包含EM数据的qrcTechFile，或者包含EM数据的ict文件，同时还需要一个layer map文件用于映射dspf文件及ict文件中的layer名称和cadence layout中使用的layer名称。

2.1 EMIR仿真需要的dspf文件准备

通常EMIR仿真需要的版图寄生参数dspf文件是通过QRC软件提取出来的，这样能够保证文件格式满足Voltus-Fi-XL仿真的要求，通过calibre运行CCI lvs，然后再通过QRC软件提取寄生参数的流程请参考公司QRC寄生参数提取流程说明文档。

但是QRC软件的使用相对繁琐，而且有一些工厂的工艺并不提供QRC寄生参数提取文件，因此导致无法采用QRC软件提取寄生参数dspf文件，这时就需要通过calibre来提取dspf寄生参数文件，提取过程中需要做特殊设置，需要提取出寄生参数的坐标位置和宽度、长度等信息。calibre提取的dspf文件通常并不能直接用于EMIR仿真，因为它的格式和QRC提取的格式有些差异，直接使用可能会遇到的问题:

a. 使用Calibre 抽取的dspf 做EMIR 仿真,layer 层次识别错误.

b. 使用Calibre 抽取的dspf 做EMIR 仿真,可能会遇到EM 异常超出巨大,违例百分之几万到几十万.

造成这两个问题的原因是calibre提取的dspf中layer层次定义和QRC提取的layer名称可能不一样，calibre提取的dspf文件中长度单位和QRC不一样，calibre是使用米meter单位，而QRC使用微米micro meter单位。因此在使用calibre提取的dspf文件之前要对其先进行处理，主要是修改layer名称，保持和QRC一致，或者通过layer map文件正确映射。

Calibre提取dspf文件流程如下（需要使用calibre2018或更高版本）：

1. 修改output格式为DSPF格式，选择Use Names From LAYOUT；File中填写输出的dspf文件名。

2. 在PEX Options 选项中，Netlist 标签下的Format标签中，选择output R和output C的所有选项框，如下图所示。

3. 运行calibre pex提取出DSPF文件，提取出的文件内容如下图所示：特别注意LAYER_MAP字段的内容，calibre提取出的dspf文件可能会和QRC提取的文件layer定义不同，如有不同，则需要修改layer map文件来建立与cadence中layout层次正确的映射关系。

4. Calibre提取出来的dspf文件在长度单位上也存在不同，采用米meter为单位，如下图所示：这需要在完成EMIR仿真以后查看结果时，修改w和l的单位，才能显示正确的结果。

2.2 qrcTechFile文件

EMIR仿真需要工厂提供的包含EM数据的qrcTechFile，这个文件需要咨询代工厂提供对应metal选项的文件。如果没有包含EM信息的qrcTechFile，则需要采用包含EM信息的ict文件来运行EMIR仿真，如果工厂都无法提供，则需要自己根据DRC规则中metal的current density要求来撰写EM ict文件，使用和下面2.3节内容相同的EM ict文件即可。

2.3 EM ict文件

EM ict文件是指包含EM信息的ict文件，其具体内容示例如下：文件内包含特定温度下（通常为110度或者125度）各个metal层和过孔的平均电流或者rms电流等的极限指标。工厂提供的ict文件可能编写的非常复杂，包括不同metal宽度、长度、阻值大小条件下的电流极限值。

如果工厂无法提供EM ict文件，则需要自己根据DRC规则中metal的current density要求来自己撰写EM ict文件，撰写时可以参考上述示例文件。

特别需要注意的是：ict文件中的layer层次和过孔定义的名称要和dspf文件中完全保持一致。

2.4 Layer map文件

Layer map文件用于映射dspf文件及ict文件中的layer名称和cadence layout中使用的layer名称。只有正确映射了名称才能完成EMIR仿真和查看正确的仿真结果。

Layer map文件的示例文件内容如下图所示：最左侧一列标识layer层是metal还是via，中间一列是dspf文件和ict文件中使用的layer名称，最右侧一列是cadence layout中使用的layer名称，需要注意的是：dspf或者ict中的多个不同layer层有可能映射为layout中相同的layer层次，例如下图中的odCont、polyCont都映射成为了layout中的CO层。

2.5 EMIR仿真设置

打开仿真原理图schematic，打开ADE仿真器界面，设置好dc或者tran仿真的参数。

1. 选择setup--high performance simulation设置如下：也可以采用Spectre X 仿真器进行仿真。

2. 选择setup--Simulation Files，配置dspf寄生参数文件，如下图所示：

3. 选择setup--EM/IR Analysis...，打开EMIR仿真配置界面，如下图所示：在Analysis标签下选择Dynamic仿真模式进行tran的动态仿真，也可以选择Static进行DC的静态仿真分析。

Net selection选择需要验证的顶层cell，后面加*号表示分析全部网络参数，也可以只选择电源或者地信号，或者特定的信号线进行分析。选择完成以后点Add/Modify添加。

按需要勾选IR drop analysis和EM current analysis的选项，例如avg，rms，acpeak等。

选择完成以后点击下图红色框中的Add/Modify按钮，把配置写入config文件中。

EM rule check setup框中需要填写qrcTechFile文件、Layer map文件的路径，如果没有qrcTechFile，则需要填写EM only ict File文件的路径，同时EM Tech File栏也填写相同的EM only ict File文件路径。

4. 在Solver标签下选择direct仿真模式，设置运行tran仿真进行EMIR分析的时间段（Time Windows），如下图所示：

5. 在Option选项中，如下图配置。在该选项框中可以进行DSPF文件的格式校验，点击下图红色框中的run，将进行之前simulation file步骤填入的dspf文件检查，检测完成以后会弹出检查log文件和生成多个检测结果文件，log文件如下面图片所示。主要查看一下report文件（名称后缀为.spfrpt），里面包含存在的error信息，如下面的图片所示：确认这些error是否会影响EMIR仿真结果，如果没有影响，则可以忽略。