對提高Caliber LVS驗證準確性和效率的研究

張卓先

(天津安泰微電子技術有限公司，天津 300308)

0 引言

LVS，layout versus schematic，即版圖和電路的對比，是利用mentor公司推出的工具calibre所進行的一項電氣連接驗證，它的目的是確保版圖工程師所繪制出的layout與電路工程師設計的電路保持功能完全一致，是除了DRC(design rule check設計規則檢查)之外最為重要的一項驗證工作。本文從LVS的驗證流程入手，介紹了混合電路網表的組成結構，并討論了提高LVS驗證準確度和效率的一些技巧和方法。

1 LVS的規則文件及驗證流程

Caliber的LVS規則文件通常包含LVS和ERC(電學特性檢查)兩個功能，LVS的驗證是通過比較從gds文件中提取出來的版圖網表和從電路提取出來的電路網表來進行的。其中，版圖網表由calibre工具自動從gds或db文件中生成，而電路網表(一般為spice格式)則既可以由calibre自動導出，又可以手動通過電路編輯工具cadence的icfb界面或是電路仿真工具來生成，前者一般對應小型模塊電路，后者通常是包含了很多單元的大型模塊甚至是全芯片驗證。

1.1 模數混合電路網表的結構

以一個圖像傳感器芯片為例，在進行LVS驗證時所需的電路網表文件有：

數字頂層網表(一般是.v格式，由自動布線工具生成)，數字基本單元網表(cdl格式，由工藝廠提供)，芯片頂層網表(sp格式，通過icfb或仿真工具提取電路生成)，像素陣列網表(sp格式，由像素設計人員提供)，IO電路網表(cdl格式，由工藝廠提供)和RAM網表(cdl格式，由RAM生成軟件如artisan，ram compiler等生成)。其中，芯片頂層網表應當作為上述所有網表的頭文件，其它網表則是通過INCLUDE命令集成于頂層網表中的。正確的網表結構對于混合電路LVS驗證順利進行是不可或缺的。如上所述，數字頂層網表在通過自動布線工具生成時一般都是.v格式的，它和sp格式以及cdl格式的其他網表是無法集成的，所以需要通過v2lvs命令將其先轉換為SPICE格式。

在這里還需要特別加以注意的是網表中的全局變量，也即.global的問題。這個命令一般出現在工藝廠所提供的數字基本單元網表和IO單元網表中，通常用于統一定義電源和地，它產生了一個貫通所有網表層級的頂層端口，而它又同時默認所有網表中具有這個global所定義名字的端口全是連接在一起的。這就有可能將模擬和數字底層電路中名字相同的線在網表中連接在一起，從而造成了短路的問題。針對此問題的解決方法是在底層電路設計時就必須將模擬和數字的電源與地的名稱嚴格地區分開來。

1.2 LVS驗證的參數設置

在進行LVS之前，對相關驗證參數進行設置是必不可少的過程，通常情況下，為了使驗證順利進行，需要調整的參數如下所示：

LVS Abort on ERC error/softchk/supply error：規定ERC的錯誤，軟連接的存在以及電源連接的錯誤是否會阻礙驗證的進行，YES為會阻礙，NO為不會。

LVS compare case，LVS ignore ports：這兩個參數規定了電路和版圖上的端口比較是否區分大小寫以及是否糾正拼寫錯誤。在更關注電路實際連接關系的情況下，忽略端口文字拼寫的精確對應是能提高驗證效率的。

LVS filter：濾去DUMMY器件，DUMMY器件一般存在于需要高度匹配的電路周圍，如電流鏡，差分輸入對，三極管陣列，電容電阻等，這個選項如果不正確的話，LVS一定不會有正確的結果。通常，正負極短接的電阻，上下極板短接的電容，集電極、基極、發射極短接的三極管以及柵極、漏極、源極短接的場效應管等都被認為是可以濾去的DUMMY器件。

LVS isolate short：是否打開短路檢測開關，如果選擇YES的話，calibre自帶的短路檢測功能將能大幅提高后端工程師的短路糾錯能力。

LVS softchk：規定如何進行軟連接的檢測。軟連接是非電學特性的連接，如兩個不同電位的地線通過襯底短路。

LVS POWER name：這個用來填寫頂層電源和地的端口名稱，正確的填寫可以有效提高電學連接檢測的正確性。

2 提高LVS驗證效率的技巧和方法

2.1 采取正確的檢錯順序

在進行LVS驗證時，采取正確的檢驗順序是能有效減少驗證時間的。應當采取的順序是，先查找電源和地線的短路問題，因為幾乎所有器件(有些開關器件等不會)都會連接電源或地線，而它們的短路錯誤提示會充斥整個calibre報告界面，從而影響其他錯誤的修正。打開上文提到的LVS isolate short開關，就能點亮發生短路的兩條電源或是地線，從而大幅減少錯誤提示量。

在電源和地線的錯誤之后，就是port(端口)報錯。這種提示非常明顯，應該優先選擇改正。

Property(屬性)的報錯有些確實是版圖相應器件尺寸的錯誤，有些則是器件連線所導致的衍生錯誤，屬于不正確提示，所以在此之前，應該先修正net(連線)錯誤再進行此項糾錯，否則，很容易受到干擾而減緩驗證進度。

Net錯誤的類型可以通過LVS report中的總結進行分析，如果是source(代表電路)的連線數大于layout(代表版圖)，則意味著版圖中有短路，若是反過來，則代表版圖中存在著連線短路。

LVS isolate short所能點亮的都是在頂層標注了text(文本層)的連線，這些text對應于電路中的pin(端口)，而對于那些沒有標注text，但是被懷疑有可能發生短路問題的內部連線，可以先在可疑連線上標注text，再重新進行LVS驗證，這樣就可以通過點亮它們來迅速查找錯誤了。

2.2 Hcell檢驗法

Caliber LVS是一個層級化的驗證工具，它既可以分層次(hierarchy)地進行驗證，又可以在運行過程中將所有單元打散(flatten)，前者運行時間更短，能在版圖包含了大量重復單元時有效地節省時間，而后者雖然相對比較耗時，卻能提供更為細致的驗證結果。一般而言，hierarchy是通常選用的流程。

而在進行頂層芯片，尤其是包含百萬，千萬個晶體管的大型芯片驗證過程中，運用hcell的驗證方法能夠比hierarchy提供更高效的驗證方法。Hcell能讓錯誤顯示得更加簡潔和明確，錯誤提示將不通過net，port這樣的類型分別顯示，而是變為以模塊為單位。假如頂層單元為A，兩個子模塊分別為B和C，則應用了hcell的顯示將變成ABC各自包含的錯誤。這樣更高層次化的方法進一步有效地提高了驗證的效率。

2.3 黑盒子檢驗法

黑盒子檢驗法是通過“去掉”版圖或電路中的一部分而達到提高驗證效率目的的。此檢驗法因為命令LVS BOX SOURCE LAYOUT cell中的BOX而得名，參數SOURCE和LAYOUT規定了版圖和電路哪個將被濾去，cell則是被濾去單元的名字。LVS BOX將會使得被濾去的單元在LVS驗證程序看來變成一個僅僅具有輸入輸出端口的黑盒子，單元內部的結構將不參與整個驗證。在流片之前，模塊電路和版圖的修改是非常普遍的，當一個子模塊尚未完成修改時，黑盒子驗證法將使得整體芯片的LVS驗證成為可能，這種不必等待所有子模塊都完成再進行整體驗證的方法可以大幅提高后端驗證效率。數?；旌想娐返尿炞C是另一個需要黑盒子檢驗法的領域。模擬電路通常是由cadence電路編輯工具spectra來完成的，而數字電路則另有一套設計工具，此時就需要在頂層電路中添加一個數字電路的黑盒子，僅保留端口，其內部是空的，這樣才能進行混合LVS驗證，而數字部分的網表將由自動布線工具產生后通過INCLUDE命令添加進頂層網表中。在數字和版圖網表中也可以直接注釋掉相關電路的subckt定義達到和LVS BOX命令等同的功能。

3 結語

本文由LVS的流程入手，陸續介紹了混合電路網表的結構和LVS需要注意的一些相關設置，并探討了幾種LVS的驗證方式和技巧，希望能為廣大后端工程師提高驗證準確性和效率提供一些借鑒。

參考文獻：

[1]李湘君.千萬門級芯片設計中calibre的應用[J].微處理機，2011(3):5.

[2]黃瑩.calibre驗證在集成電路版圖設計中的應用[J].電腦編程技巧與維護，2015(12):23.