讲解串扰引入的噪声（Noise）-电子发烧友网

CCSN Library

PT-SI在进行噪声分析前，首先需要确认Library中具备噪声模型。CCSN噪声模型建模是基于CCB（Channel Connected Block）。数字逻辑单元可以认为由一级或多级CCB组成，其中反相器，与非门，或非门只包含一级CCB；与门则包含两级CCB；而寄存器则包含多级CCB。下面就简单区分一下三种情况下噪声建模的区别：

单级CCB逻辑单元

对于单级CCB逻辑单元，例如反相器，噪声建模基于时序狐(Arc Based)。噪声的传输可以基于Timing Arc，模型转换框图如下：

反相器的噪声模型在.lib中大致如下：

pin (Z) {
...
timing ()  {
related_pin: A;
...
ccsn_first_stage() { /*First stage CCB*/
...
}
}
...
}

两级CCB逻辑单元

对于两级CCB逻辑单元，例如与门，噪声建模也是基于时序狐(Arc Based)。分为input stage (ccsn_first_stage)和output stage (ccsn_last_stage)，噪声的传输亦可以基于Timing Arc，模型转换框图如下：

与门的噪声模型在.lib中大致如下：

pin (Z) {
  ...
  timing ()  {
    related_pin: A;
    ...
    ccsn_first_stage() { /*Input to Internal Node*/
      ...
    }
    ccsn_last_stage() { /*Internal Node to Output*/
     ...   
   }
  }
 ...
}

多级CCB逻辑单元

对于多级CCB逻辑单元，例如寄存器，噪声建模是基于Pin的 (Pin Based)，对于所有inputs都抽取ccsn_first_stage模型，对于outputs抽取ccsn_last_stage模型。如果这种逻辑单元中存在某些input-output的路径只有两级CCB，也可以通过Arc Based方式建模。模型转换框图如下：

寄存器的噪声模型在.lib中大致如下：

pin (CDN) {
  ...  
}
pin (CP) {
  ...
  ccsn_first_stage() {
    ...
  }
}
pin (D) {
  ...
  ccsn_first_stage() {
   ...
 }  
}
pin (Q) {
  ...
  timing ()  {
    related_pin: CDN;
    ...
    ccsn_first_stage() { /*Input to Internal Node*/
      ...
    }
    ccsn_last_stage() { /*Internal Node to Output*/
     ...   
   }
  }
 ...
}

需要注意的，对于Arc Based和Pin Based两种方式，.lib中噪声相关的属性存储的对象是不同的，Arc Based噪声属性是存在对于的Arc中，而Pin Based噪声属性则是与Pin关联的，具体的区别可以参看下面的命令：

#Arc Based Attributes
get_attribute [get_lib_timing_arc -of [get_lib_cell */INV1X]] has_ccs_noise_above_high


#Pin Based Attributes
get_attribute [get_lib_pins -of [get_lib_cell */INV1X]] has_ccs_noise_above_high

噪声分析实战

为了进行Noise或者Glitch分析，需要对一个串扰造成的Bump建模，它有宽度和高度，还有面积等属性概念（如下图所示），在分析噪声时可以分别针对height, area, area_percent进行分析，命令如下：

#默认值是height
report_noise -slack_type height
#area=1/2* height * width
report_noise -slack_type area
#area_percent = (constrainted height - actual height) / constrainted height
report_noise -slack_type area_percent

PT-SI在进行update_noise计算时，首先会采用较为悲观的方式快速计算一个类似于下图中DC noise margin的阈值，如果计算出的Bump Height远低于该值，那么就可以断定没有noise不会传播，没有危害。如果计算出的Bump Height接近这个阈值，那么工具就会启动更精细的类似SPICE的门级仿真，取得更精确的结果。通过这种方式，即节省了时间，又保证了精度。

下图中的曲线可以看做是Noise Immunity Curve（NIC），在曲线左下角的Glitch都是无害的，而右上角的Glitch都是必须修复掉的。PT-SI在进行Noise门级仿真时会实时地计算出各个点的NIC，通过PT的GUI界面也可以调出这类图片。