摘要：本文介绍如何使用synopsys公司的astro-rail工具对采用smic 0.18mm cmos工艺、已完成布局布线的fft芯片进行功耗分析、电压降分析和电迁移分析。通过在电压降图和电迁移图中用不同的颜色来显示不同区域的电压降和电迁移情况，可判断出最有可能出现问题的区域。文中利用功耗分析证明了电源和地pad对的数目符合要求，利用电压降分析和电迁移图证明了电源环和电源条的布置符合工艺要求。

　　关键词：快速傅立叶变换；集成电路；功耗分析；电压降；电迁移

引言

　　astro-rail工具为芯片设计提供了在设计和签核阶段进行功耗、电压降和电迁移分析的功能。用astro-rail工具对一个5百万门的设计进行功耗、电压降和电迁移分析，所需时间不到一个小时。分析完成后，astro-rail将可能出问题的区域用不同的颜色在版图上清晰地显示出来,以帮助设计者分析并查找问题。其提供的签核分析结果和star-rcxt反标后再分析的结果相差不到5%。astro-rail是synopsys galaxy平台的一个重要部件，利用独有的动态宏模块技术取得了突破性的速度，是一般rail分析工具速度的2倍~3倍。

　　文中的fft芯片是16位的128点fft/ifft定点处理器，该处理器主要应用于基于ofdm的uwb系统,采用了n=4×4×4×2的算法实现定点的fft运算。它采用了两级流水线的结构，包括三级的基-4运算和一级的基-2运算。该设计的时钟频率为62mhz，采用smic 0.18mm 1p5m cmos工艺，用astro工具完成3.7mm×3.7mm版图面积平面规划、电源环和电源条预布线，用pc工具进行基于时序和阻塞的布局，再用astro工具完成时钟树综合和布线。在满足静态时序分析和设计规则检查的情况下，利用astro-rail工具对fft芯片进行功耗分析来判断电源和地的pad对数目是否符合要求，通过电压降和电迁移分析来判断电源环和电源条的布线是否符合电压降和电迁移要求。

astro-rail分析门级功耗的方法

　　用astro-rail工具分析门级功耗包含四个部分：开关功率、短路功率、内部功率和泄漏功率。

开关功率

　　单元门器件的输出端与地之间会形成一个电容，器件导通或关断时对该电容进行充电或放电所消耗的功率即为开关功率。astro-rail计算开关功率的公式为：p=c×v2×f/2。其中f为信号跳变率，即单位时间内信号在高低电平之间跳变的次数；c为门器件输出端的线负载电容，其数值可以通过线负载模型提取，也可以在物理设计完成后从版图中提取，后者具有较高的精度；v为电源电压。

短路功率

　　当一个单元的状态从0变为1或从1变为0时，对应的n型和p型管在短时间内同时导通，从而在单元门器件中产生从电源到地的通路，此过程中消耗的功率称为短路功率。

内部功率

　　对一个单元门器件来说，不是每一次输入信号状态的变化都会导致输出信号的状态改变。这种输入信号状态发生变化而输出信号状态不变的情况下所消耗的功率被称为内部功率。以二输入或门为例，当a、b输入均为1，则输出x为1，这时若输入b从1变为0，输出x状态不变，但输入b控制的管子状态发生变化，从而消耗内部功率。

泄漏功率

　　泄漏功率是指晶体管没有进行开关动作时所消耗的功率。尽管在晶体管漏极和衬底之间的一些反向偏置二极管中存在着漏电流，但大部分泄漏功率来自晶体管关断时的亚阈值电流。当一个设计已经确定后，其泄漏功率是恒定的，与芯片的工作状态无关。

fft芯片的功耗分析

　　astro-rail分析fft芯片功耗的流程主要包括5个步骤。

查看工艺库文件

　　在smic18_apollo_m5.tf工艺库文件中查看所定义的电压、功耗、电流等单位，通过搜索关键字maxcurrdensity寻找各金属层和各过孔的最大电流密度值。

在milkyway环境创建lm目录

　　milkyway 环境是 synopsys 针对超深亚微米(纳米级)设计所建立的一种数据库，它大大方便了整个物理设计实现的流程。lm目录为astro-rail工具分析门级功耗、电压降、电迁移提供了所必需的时序信息和功耗信息。由于smic 0.18mm cmos工艺在milkyway环境中无lm目录，因此需要在astro环境下使用gepreplibs命令创建lm目录。具体的方法是：在std(标准单元库)目录下，进入astro环境，输入gepreplibs命令，执行后会打开对话框，在对话框中进行相应设置即可生成std的lm目录。用同样的方法创建标准io的lm目录。

导入v_dd网络的电压值

　　astro-rail工具用v_dd的电压值来计算芯片的功耗，默认值为0v。指定v_dd网络电压值的命令为：
tdfsetpowersupply　“v_dd”1.62　1.8　1.98
将该命令保存在powersupply.tdf文件，然后执行poloadpowers