一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法和系统与流程

1.本技术涉及集成电路技术领域，具体涉及一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法和系统。


背景技术：

2.随着通信技术的发展，超大规模集成电路的研究与发展已逐渐展开。为了提高电子设备的性能，缩小体积，降低成本，将电源、晶体管、电子元器件、线路等都集成在一小块2d、3d的集成电路封装上。为了实现更多的功能，超大规模集成电路往往设计有几层到上百层结构，每层结构极其复杂，集成数千万甚至数亿的晶体管，具有多尺度结构，从厘米级到目前最新的纳米级，这些数以亿计的元器件在集成电路封装上形成了数以万计的电源与信号网络，以实现多路信号、多个功能同时并发工作。由于数以万计的电源与信号网络同时工作，需要多个相同或不同电压的电源供电系统（或电压调节模块，vrm）同时给整个集成电路封装系统供电，又由于不同的电源与信号网络包含的元器件数量有非常大的差别，其功耗也有非常大的差别，因此针对不同网络的供电方式也有所差别。在不同的供电方式下，集成电路的电源系统设计显得尤为重要，电源系统的设计不合理，可能导致集成电路部分网络的供电不足，或者是部分网络的电压降太大，这些都将导致集成电路无法正常工作。因此，非常有必要通过后期的仿真与诊断，首先检测设计的集成电路版图的多电源供电系统是否合格，对于有设计缺陷的集成电路版图，通过仿真的手段诊断出设计缺陷的位置，并采用系统的方法对设计的集成电路版图的多电源供电系统进行优化。
3.然而现有技术中，如cn104331546a一种航天器用数字定制集成电路后端版图设计评估方法中通过针对同工艺条件下负载（sink）的电压降，掌握整个供电网络的供电情况，判断供电网络是否合理，保证芯片功能不会因为供电问题产生影响来评估供电是否可靠。然而，现有技术仅从宏观判定集成电路电源供电系统是否合理，而并未进一步诊断引起集成电路电源供电系统不合理的具体原因。如何诊断定位集成电路电源供电系统不可靠的具体原因是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.（一）申请目的
5.有鉴于此，本技术的目的在于一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法和系统，用于解决如何诊断定位集成电路电源供电系统不可靠的具体原因的技术问题。
6.（二）技术方案
7.本技术公开了一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法，包括如下步骤：s1、采用有限元法计算集成电路的任一未进行处理的电源-地网络的电压分布；s2、基于电压分布，计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括集成电路负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、电源供电系统的电压波动、电流密度中的一个或多个，其中，电流密度包括平面
电流密度分布和过孔的电流密度；所述评估指标和阈值用于构建多个可靠性评估规则，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合，所述可靠性评估规则组合用于对集成电路电源供电系统的可靠性进行评估；
8.s3、当可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，则判定集成电路电源供电系统为不可靠，否则判定可靠；
9.s4、当集成电路电源供电系统不可靠，判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标，若不达标，计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；当管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的sink存在管脚分布不合理和/或当平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的vrm和sink间的直流电阻过大。
10.在一种可能的实施方式中，所述负载的最坏压降定义为vrm正极管脚的电压最大值减sink正极管脚的电压最小值的差值，负载的平均压降定义为vrm正极管脚的电压平均值减sink正极管脚的电压平均值的差值，电源网络的电源压降定义为vrm的输出电压减电源网络平面的最低电压的差值，地网络的地压降定义为地网络平面的最高电压减地网络平面的最低电压的差值，供电网络的电压波动定义为电源网络压降的绝对值加上地网络压降的绝对值；
11.所述基于电压分布，计算评估指标，包括：基于电压分布，分别找出vrm正极管脚在电源网络对应的位置和sink正极管脚在地网络对应的位置，该位置的电压即为vrm正极管脚的电压和sink正极管脚的电压；电源平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在电源平面上的最小值；地网络平面的最高电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最大值；地网络平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最小值；
12.基于电压分布，计算平面电流密度的分布和过孔的电流密度：
13.式中，为平面所在导体的电导率，为平面电源或地网络平面任意点的坐标，为有限元法获得的电压分布，为梯度运算符；
14.过孔的电流密度由有限元法获得的电压分布根据下式计算获得：
15.式中，为第个过孔的电流密度，为第个过孔top层所在位置的电压，为第个过孔bottom层所在位置的电压，为第个过孔的电阻，为第个过孔的截面积。
16.在一种可能的实施方式中，所述多个可靠性评估规则包括：规则1：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的最坏压降低于负载的最坏压降的阈值，规则2：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的平均压降低于负载的平均压降的阈值，规则3：用于评估集成电路供电系统的电源平面是否达标，其定义为：计算的电源网络的
电源压降低于电源网络的电源压降的阈值，规则4：用于评估集成电路供电系统的地网络平面是否达标，其定义为：计算的地网络的地压降低于地网络的地压降的阈值，规则5：用于评估集成电路电源供电系统是否达标，其定义为：计算的供电网络的电压波动低于供电网络的电压波动的阈值，计算的供电网络任意位置的电流密度大小低于电流密度的阈值；
17.所述判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标包括：判断规则1和规则2中任一规则是否达标，若规则1和规则2中任一规则不达标则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络不达标，否则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络达标。
18.在一种可能的实施方式中，所述计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比包括：采集sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压，并计算sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压的差值，获取sink的管脚电压变化，基于vrm正极管脚的电压最大值与sink正极管脚的电压最小值的差值计算最坏压降或基于vrm正极管脚的电压平均值与sink正极管脚的电压平均值的差值计算平均压降，基于sink的管脚电压变化与所述最坏压降的比值计算sink的管脚电压变化占比或基于sink的管脚电压变化与所述平均压降的比值计算sink的管脚电压变化占比。
19.在一种可能的实施方式中，计算当前电源-地网络的平面电压变化占比包括：基于sink的管脚电压变化占比计算网络平面电压变化占比，所述网络平面电压变化占比为1-sink的管脚电压变化占比。
20.作为本技术的第二方面，还公开了一种用于集成电路供电网络诊断定位的系统，电压电流分布计算模块、评估指标计算模块、可靠性评估模块和诊断模块；其中，电压电流分布计算模块用于采用有限元法计算集成电路的任一未进行处理的电源-地网络的电压分布；所述评估指标计算模块用于基于电压分布，计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括集成电路负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、电源供电系统的电压波动、电流密度中的一个或多个，其中，电流密度包括平面电流密度分布和过孔的电流密度；所述评估指标和阈值用于构建多个可靠性评估规则，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合，所述可靠性评估规则组合用于对集成电路电源供电系统的可靠性进行评估；所述可靠性评估模块用于当可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，则判定集成电路电源供电系统为不可靠，否则判定可靠；所述诊断模块用于当集成电路电源供电系统不可靠，判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标，若不达标，计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；当管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的sink存在管脚分布不合理和/或当平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的vrm和sink间的直流电阻过大。
21.在一种可能的实施方式中，所述负载的最坏压降定义为vrm正极管脚的电压最大值减sink正极管脚的电压最小值的差值，负载的平均压降定义为vrm正极管脚的电压平均值减sink正极管脚的电压平均值的差值，电源网络的电源压降定义为vrm的输出电压减电源网络平面的最低电压的差值，地网络的地压降定义为地网络平面的最高电压减地网络平面的最低电压的差值，供电网络的电压波动定义为电源网络压降的绝对值加上地网络压降的绝对值；
sink的管脚电压变化占比。
31.（三）有益效果
32.本技术通过比较不达标供电网络的电压变化占比与其阈值，能准确判断是否存在sink存在管脚分布不合理和/或vrm和sink间的直流电阻过大。
33.本技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本技术的实践中得到教导。本技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
34.以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本技术，而不能理解为对本技术的保护范围的限制。
35.图1是本技术的系统流程图；
36.图2是本技术的系统结构图；
37.其中，1、电压电流分布计算模块；2、评估指标计算模块；3、可靠性评估模块；4、诊断模块。
具体实施方式
38.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
39.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
41.在本技术的上述描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.如图1所示，本实施例提供了一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法，包括如下步骤：
43.s1、采用有限元法计算集成电路的任一未进行处理的电源-地网络的电压分布。基于集成电路设计的电压调节模块的供电方式，针对每个电压调节模块的供电方式设置出相应的直流压降计算模型。所述设置出相应的直流压降计算模型包括：针对每一组电源网络和地网络，指定电源网络中的电压调节模块（一个或多个），指定负载（一个或多个），设置每一组电源网络和地网络的电压调节模块的供电电压（输出电压）和设置每一组电源网络和地网络负载的工作电流。
44.为了实现更多的功能，超大规模集成电路往往设计有几层到上百层结构，每层结
构极其复杂，集成数千万甚至数亿的晶体管，具有多尺度结构，从厘米级到目前最新的纳米级，这些数以亿计的元器件在集成电路封装上形成了数以万计的电源与信号网络，以实现多路信号、多个功能同时并发工作。由于数以万计的电源与信号网络同时工作，需要多个相同或不同电压的电源供电系统（或电压调节模块，vrm）同时给整个集成电路封装系统供电，又由于不同的电源与信号网络包含的元器件数量有非常大的差别，其功耗也有非常大的差别，因此针对不同网络的供电方式也有所差别，通常有四种供电方式：第一种方式，对于功耗小的网络，其供电方式可能是由一个vrm对多个负载进行供电，第二种方式，对于功耗大的网络，则其供电方式可能是多个vrm在不同位置对同一个负载进行供电，第三种方式，单一供电方式，即单个vrm对单个负载进行供电，第四种方式为多个vrm对多个负载进行供电。基于不同的供电方式设置出相应的直流压降计算模型。
45.在一种实施例中，采用有限元法计算集成电路的任一未进行处理的电源-地网络的电压分布，包括：
46.不同供电方式对应的直流压降计算模型中，将集成电路三维电场模型简化为多层二维电场模型，并对多层二维电场模型的各层集成电路版图进行网格剖分；对所述多层二维电场模型形成的微分方程对应的泛函在网格剖分单元上进行离散，取极值并令极值为零得到有限元刚度矩阵方程组，对所述有限元刚度矩阵方程组进行求解，得到集成电路每层平板上的电压分布；根据所述集成电路每层平板上的电压分布，计算场域的电流密度分布，即每层版图中网格剖分单元的电流密度分布。
47.所述将集成电路三维电场模型简化为多层二维电场模型，具体计算如下：
48.多层集成电路直流电场的三维模型是指所述直流电场模型中电导率、电位的分布均为三维空间坐标的函数，即：，，其满足方程1及边界条件方程2：
49.方程1：；
50.方程2：；
51.方程2中，为第一类边界，为第二类边界的法向，为电位在第一类边界上的值，用表示，为外部电路的体电流密度；
52.针对所述多层集成电路直流电场的三维模型，建立各层集成电路直流电场二维模型的泛函方程3：
53.方程3：；
54.方程3中，式中为泛函，为金属层的厚度，为网格单元的电导率；为网格单元的节点的电位向量；为网格单元的面；表示网格单元的边；为表面电流密度，是由外部电路产生的未知量；为第一边界；为电位在第一边界上的值，用表示；为外部电路的体电流密度；为电位分布的横坐标，为电位分布的纵坐标。
55.对以上泛函在网格剖分单元上进行离散，取极值并令极值为零，即可获得有限元方程组，求解这个有限元方程组即可获得集成电路每层平板上的电压分布。
56.vrm正极管脚为连在电源网络上的vrm管脚，vrm负极管脚为连在地网络上的vrm管脚。
57.s2、基于电压分布，计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括集成电路负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、电源供电系统的电压波动、电流密度中的一个或多个，其中，电流密度包括平面电流密度分布和过孔的电流密度；所述评估指标和阈值用于构建多个可靠性评估规则，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合，所述可靠性评估规则组合用于对集成电路电源供电系统的可靠性进行评估。所述负载的最坏压降定义为vrm正极管脚的电压最大值减sink正极管脚的电压最小值的差值，负载的平均压降定义为vrm正极管脚的电压平均值减sink正极管脚的电压平均值的差值，电源网络的电源压降定义为vrm的输出电压减电源网络平面的最低电压的差值，地网络的地压降定义为地网络平面的最高电压减地网络平面的最低电压的差值，供电网络的电压波动定义为电源网络压降的绝对值加上地网络压降的绝对值。
58.所述基于电压分布，计算评估指标，包括：基于电压分布，分别找出vrm正极管脚在电源网络对应的位置和sink正极管脚在地网络对应的位置，该位置的电压即为vrm正极管脚的电压和sink正极管脚的电压，基于vrm正极管脚的电压和sink正极管脚的电压计算vrm正极管脚的电压最大值、sink正极管脚的电压最小值、vrm正极管脚的电压平均值、sink正极管脚的电压平均值、vrm的输出电压，vrm正极管脚的电压最大值即为所有计算的vrm的正极管脚的电压取最大值，譬如某个vrm有16个正极管脚，那就是16个正极管脚的电压的最大值，sink正极管脚的电压最大值即为所有计算的sink的正极管脚的电压取最大值；电源平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在电源平面上的最小值；地网络平面的最高电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最大值；地网络平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最小值。
59.基于电压分布，计算平面电流密度的分布和过孔的电流密度：
60.式中，为平面所在导体的电导率，为平面电源或地网络平面任意点的坐标，为有限元法获得的电压分布，为梯度运算符；
61.过孔的电流密度由有限元法获得的电压分布根据下式计算获得：
62.式中，为第个过孔的电流密度，为第个过孔top层所在位置的电压，为第个过孔bottom层所在位置的电压，为第个过孔的电阻，为第个过孔的截面积。
63.在一些实施例中，所述多个可靠性评估规则包括：
64.规则1：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的最坏压降低于负载的最坏压降的阈值；
65.规则2：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的平均压降低于负载的平均压降的阈值；
66.规则3：用于评估集成电路供电系统的电源平面是否达标，其定义为：计算的电源网络的电源压降低于电源网络的电源压降的阈值；
67.规则4：用于评估集成电路供电系统的地网络平面是否达标，其定义为：计算的地网络的地压降低于地网络的地压降的阈值；
68.规则5：用于评估集成电路电源供电系统是否达标，其定义为：计算的供电网络的电压波动低于供电网络的电压波动的阈值，计算的供电网络任意位置的电流密度大小低于电流密度的阈值。
69.在一些实施例中，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合包括：所述设计需求包括保守设计、余量设计和经济设计中的任一一个；当设计需求为保守设计或余量设计，所述可靠性评估规则组合包括规则1、规则3、规则4和规则5；当设计需求为经济设计，所述可靠性评估规则组合包括规则2、规则3、规则4和规则5。
70.s3、当可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，则判定集成电路电源供电系统为不可靠，否则判定可靠。
71.如上述中所述，可靠性评估规则组合由不同的可靠性评估规则构成，而可靠性评估规则由不同评估指标及其阈值构成，当所述设计需求包括保守设计、余量设计和经济设计中的任一一个；当设计需求为保守设计或余量设计，所述可靠性评估规则组合包括规则1、规则3、规则4和规则5，当规则1、规则3、规则4和规则5中任一一个可靠性评估规则不满足时即判定集成电路电源供电系统为不可靠，全部满足则判定为可靠；当设计需求为经济设计，所述可靠性评估规则组合包括规则2、规则3、规则4和规则5，当规则2、规则3、规则4和规则5中任一一个可靠性评估规则不满足时即判定集成电路电源供电系统为不可靠，全部满足则判定为可靠。
72.s4、当集成电路电源供电系统不可靠，判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标，若不达标，计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；当管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的sink存在管脚分布不合理和/或当平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的vrm和sink间的直流电阻过大。
73.在一种实施例中，如上述中所述多个可靠性评估规则包括规则1、规则2、规则3、规则4和规则5，所述判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标包括：判断规则1和规则2中任一规则是否达标，若规则1和规则2中任一规则不达标则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络不达标，否则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络达标。
74.在一种实施例中，所述计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比包括：采集sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压，并计算sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压的差值，获取sink的管脚电压变化，基于vrm正极管脚的电压最大值与sink正极管脚的电压最小值的差值计算最坏压降或基于vrm正极管脚的电压平均值与sink正极管脚的电压平均值的差值计算平均压降，基于sink的管脚电压变化与所述最坏压降的比值计算sink的管脚电压变化占比或基于sink的管脚电压变化与所述平均压降的比值计算sink的管脚电压变化占比。在一种实施例中，计算当前电源-地网络的平面电压变化占比包括：基于sink的管脚电压变化占比计算网络平面电压变化占比，所述网络平面电压变化占比为1-sink的管脚电压变化占比。供电系统由vrm供电到sink,sink获得的电压要低于vrm的供电电压，这个电压低于一定阈值认为供电不合格。造成sink电压低于vrm的供电电压的原因在于供电网络的电压降，这个电压降造成了供电网络平面电压变化，这个电压变化包含两部分：一是电源网络平面上的电压降，二是sink管脚由于位置差异带来的管脚电压差异，二者的变化占比之和为1。
75.某个具体实施例中，基于规则1/规则2评估的集成电路电源供电系统为不可靠,即确定该电源-地网络不达标，计算获得vrm正极管脚的电压最大值为0.995v，sink正极管脚最高电压为0.953v，最低电压为0.905v,由此计算得最坏压降为0.995-0.905=0.09v,采用最坏压降计算的sink的管脚电压变化占比为(0.995-0.953)/0.09=46.7%，进而基于sink的管脚电压变化占比计算的平面电压变化占比为1-46.7%=53.3%,假设设定的sink管脚电压变化占比阈值为30%，平面电压变化占比阈值为30%，则可确定为sink管脚分布不合理，且vrm、sink间的直流电阻过大。
76.工作原理：首先，针对提供的集成电路版图，采用有限元法仿真供电系统的每组电源-地网络，计算出每组电源-地网络的电压分布，基于电压分布、评估指标和阈值，构建多个可靠性评估规则1到规则5评估每组电源-地网络；当每组电源-地网络的可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，基于集成电路电源供电系统是电源-地网络的集合判定集成电路电源供电系统为不可靠，否则判定可靠；当集成电路电源供电系统不可靠，判断是否是规则1/规则2不满足，如果是规则1/规则2不满足，进一步判断是否是由于sink的管脚分布不合理或vrm、sink间的直流电阻过大引起，而判断是否是由于sink的管脚分布不合理或vrm、sink间的直流电阻过大引起需计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；当管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时，则判断集成电路电源供电系统不可靠的其中的原因是当前电源-地网络的sink存在管脚分布不合理，和/或当平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时，则判断当前电源-地网络的vrm和sink间的直流电阻过大。
77.如图2所示，作为本实施例的第二方面还提供了一种用于集成电路供电网络诊断定位的系统，包括：电压电流分布计算模块1、评估指标计算模块2、可靠性评估模块3和诊断模块4；其中，电压电流分布计算模块1用于采用有限元法计算集成电路的任一未进行处理
的电源-地网络的电压分布；所述评估指标计算模块2用于基于电压分布，计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括集成电路负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、电源供电系统的电压波动、电流密度中的一个或多个，其中，电流密度包括平面电流密度分布和过孔的电流密度；所述评估指标和阈值用于构建多个可靠性评估规则，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合，所述可靠性评估规则组合用于对集成电路电源供电系统的可靠性进行评估；所述可靠性评估模块3用于当可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，则判定集成电路电源供电系统为不可靠，否则判定可靠；所述诊断模块4用于当集成电路电源供电系统不可靠，判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标，若不达标，计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；当管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的sink存在管脚分布不合理和/或当平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的vrm和sink间的直流电阻过大。
78.在一种实施例中，所述负载的最坏压降定义为vrm正极管脚的电压最大值减sink正极管脚的电压最小值的差值，负载的平均压降定义为vrm正极管脚的电压平均值减sink正极管脚的电压平均值的差值，电源网络的电源压降定义为vrm的输出电压减电源网络平面的最低电压的差值，地网络的地压降定义为地网络平面的最高电压减地网络平面的最低电压的差值，供电网络的电压波动定义为电源网络压降的绝对值加上地网络压降的绝对值；
79.所述基于电压分布，计算评估指标，包括：基于电压分布，分别找出vrm正极管脚在电源网络对应的位置和sink正极管脚在地网络对应的位置，该位置的电压即为vrm正极管脚的电压和sink正极管脚的电压；电源平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在电源平面上的最小值；地网络平面的最高电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最大值；地网络平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最小值；
80.基于电压分布，计算平面电流密度的分布和过孔的电流密度：
81.式中，为平面所在导体的电导率，为平面电源或地网络平面任意点的坐标，为有限元法获得的电压分布，为梯度运算符；
82.过孔的电流密度由有限元法获得的电压分布根据下式计算获得：
83.式中，为第个过孔的电流密度，为第个过孔top层所在位置的电压，为第个过孔bottom层所在位置的电压，为第个过孔的电阻，为第个过孔的截面积。
84.在一种实施例中，所述多个可靠性评估规则包括：
85.规则1：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的最坏压降低于负载的最坏压降的阈值；规则2：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的平均压降低于负载的平均压降的阈值；规则3：用于评估集成电路供电系统的电源平面是否达标，其定义为：计算的电源网络的电源压降低于电源网络的电源压降的阈值；规则4：用于评估集成电路供电系统的地网络平面是否达标，其定义为：计算的地网络的地压降低于地网络的地压降的阈值；
86.规则5：用于评估集成电路电源供电系统是否达标，其定义为：计算的供电网络的电压波动低于供电网络的电压波动的阈值，计算的供电网络任意位置的电流密度大小低于电流密度的阈值；
87.所述判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标包括：判断规则1和规则2中任一规则是否达标，若规则1和规则2中任一规则不达标则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络不达标，否则，判断集成电路电源供电系统中电源-地网络达标。
88.在一种实施例中，所述计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比包括：采集sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压，并计算sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压的差值，获取sink的管脚电压变化，基于vrm正极管脚的电压最大值与sink正极管脚的电压最小值的差值计算最坏压降或基于vrm正极管脚的电压平均值与sink正极管脚的电压平均值的差值计算平均压降，基于sink的管脚电压变化与所述最坏压降的比值计算sink的管脚电压变化占比或基于sink的管脚电压变化与所述平均压降的比值计算sink的管脚电压变化占比。
89.在一种实施例中，计算当前电源-地网络的平面电压变化占比包括：基于sink的管脚电压变化占比计算网络平面电压变化占比，所述网络平面电压变化占比为1-sink的管脚电压变化占比。
90.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或者等同覆盖，而不脱离本技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本技术的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法，其特征在于，包括如下步骤： s1、采用有限元法计算集成电路的任一未进行处理的电源-地网络的电压分布；s2、基于电压分布，计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括集成电路负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、电源供电系统的电压波动、电流密度中的一个或多个，其中，电流密度包括平面电流密度分布和过孔的电流密度；所述评估指标和阈值用于构建多个可靠性评估规则，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合，所述可靠性评估规则组合用于对集成电路电源供电系统的可靠性进行评估；s3、当可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，则集成电路电源供电系统判定为不可靠，否则判定可靠；s4、当集成电路电源供电系统不可靠，判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标，若不达标，计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；当管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的sink存在管脚分布不合理和/或当平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的vrm和sink间的直流电阻过大。2.根据权利要求1所述的一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法，其特征在于，所述负载的最坏压降定义为vrm正极管脚的电压最大值减sink正极管脚的电压最小值的差值，负载的平均压降定义为vrm正极管脚的电压平均值减sink正极管脚的电压平均值的差值，电源网络的电源压降定义为vrm的输出电压减电源网络平面的最低电压的差值，地网络的地压降定义为地网络平面的最高电压减地网络平面的最低电压的差值，供电网络的电压波动定义为电源网络压降的绝对值加上地网络压降的绝对值；所述基于电压分布，计算评估指标，包括：基于电压分布，分别找出vrm正极管脚在电源网络对应的位置和sink正极管脚在地网络对应的位置，该位置的电压即为vrm正极管脚的电压和sink正极管脚的电压；电源平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在电源平面上的最小值；地网络平面的最高电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最大值；地网络平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最小值；基于电压分布，计算平面电流密度的分布和过孔的电流密度：式中，为平面所在导体的电导率，为平面电源或地网络平面任意点的坐标，为有限元法获得的电压分布，为梯度运算符；过孔的电流密度由有限元法获得的电压分布根据下式计算获得：式中，为第个过孔的电流密度，为第个过孔top层所在位置的电压，为第个过孔bottom层所在位置的电压，为第个过孔的电阻，为第个过孔的截面积。3.根据权利要求1所述的一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法，其特征在于，所述多个可靠性评估规则包括：
规则1：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的最坏压降低于负载的最坏压降的阈值；规则2：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的平均压降低于负载的平均压降的阈值；规则3：用于评估集成电路供电系统的电源平面是否达标，其定义为：计算的电源网络的电源压降低于电源网络的电源压降的阈值；规则4：用于评估集成电路供电系统的地网络平面是否达标，其定义为：计算的地网络的地压降低于地网络的地压降的阈值；规则5：用于评估集成电路电源供电系统是否达标，其定义为：计算的供电网络的电压波动低于供电网络的电压波动的阈值，计算的供电网络任意位置的电流密度大小低于电流密度的阈值；所述判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标包括：判断规则1和规则2中任一规则是否达标，若规则1和规则2中任一规则不达标则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络不达标，否则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络达标。4.根据权利要求3所述的一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法，其特征在于，计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比包括：采集sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压，并计算sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压的差值，获取sink的管脚电压变化，基于vrm正极管脚的电压最大值与sink正极管脚的电压最小值的差值计算最坏压降或基于vrm正极管脚的电压平均值与sink正极管脚的电压平均值的差值计算平均压降，基于sink的管脚电压变化与所述最坏压降的比值计算sink的管脚电压变化占比或基于sink的管脚电压变化与所述平均压降的比值计算sink的管脚电压变化占比。5.根据权利要求4所述的一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法，其特征在于，计算当前电源-地网络的平面电压变化占比包括：基于sink的管脚电压变化占比计算网络平面电压变化占比，所述网络平面电压变化占比为1-sink的管脚电压变化占比。6.一种用于集成电路供电网络诊断定位的系统，其特征在于，包括：电压电流分布计算模块、评估指标计算模块、可靠性评估模块和诊断模块；其中，电压电流分布计算模块用于采用有限元法计算集成电路的任一未进行处理的电源-地网络的电压分布；所述评估指标计算模块用于基于电压分布，计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括集成电路负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、电源供电系统的电压波动、电流密度中的一个或多个，其中，电流密度包括平面电流密度分布和过孔的电流密度；所述评估指标和阈值用于构建多个可靠性评估规则，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合，所述可靠性评估规则组合用于对集成电路电源供电系统的可靠性进行评估；所述可靠性评估模块用于当可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，则判定集成电路电源供电系统为不可靠，否则判定可靠；所述诊断模块用于当集成电路电源供电系统不可靠，判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标，若不达标，计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；当管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的sink存在管脚分布不合理和/
或当平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的vrm和sink间的直流电阻过大。7.根据权利要求6所述的一种用于集成电路供电网络诊断定位的系统，其特征在于，所述负载的最坏压降定义为vrm正极管脚的电压最大值减sink正极管脚的电压最小值的差值，负载的平均压降定义为vrm正极管脚的电压平均值减sink正极管脚的电压平均值的差值，电源网络的电源压降定义为vrm的输出电压减电源网络平面的最低电压的差值，地网络的地压降定义为地网络平面的最高电压减地网络平面的最低电压的差值，供电网络的电压波动定义为电源网络压降的绝对值加上地网络压降的绝对值；所述基于电压分布，计算评估指标，包括：基于电压分布，分别找出vrm正极管脚在电源网络对应的位置和sink正极管脚在地网络对应的位置，该位置的电压即为vrm正极管脚的电压和sink正极管脚的电压；电源平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在电源平面上的最小值；地网络平面的最高电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最大值；地网络平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最小值；基于电压分布，计算平面电流密度的分布和过孔的电流密度：式中，为平面所在导体的电导率，为平面电源或地网络平面任意点的坐标，为有限元法获得的电压分布，为梯度运算符；过孔的电流密度由有限元法获得的电压分布根据下式计算获得：式中，为第个过孔的电流密度，为第个过孔top层所在位置的电压，为第个过孔bottom层所在位置的电压，为第个过孔的电阻，为第个过孔的截面积。8.根据权利要求6所述的一种用于集成电路供电网络诊断定位的系统，其特征在于，所述多个可靠性评估规则包括：规则1：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的最坏压降低于负载的最坏压降的阈值；规则2：用于评估sink的电压是否达标，其定义为：计算的负载的平均压降低于负载的平均压降的阈值；规则3：用于评估集成电路供电系统的电源平面是否达标，其定义为：计算的电源网络的电源压降低于电源网络的电源压降的阈值；规则4：用于评估集成电路供电系统的地网络平面是否达标，其定义为：计算的地网络的地压降低于地网络的地压降的阈值；规则5：用于评估集成电路电源供电系统是否达标，其定义为：计算的供电网络的电压波动低于供电网络的电压波动的阈值，计算的供电网络任意位置的电流密度大小低于电流密度的阈值；所述判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标包括：判断规则1和规则2中任一规则是否达标，若规则1和规则2中任一规则不达标则判断集成电路电源供电系统
中电源-地网络不达标，否则，判断集成电路电源供电系统中电源-地网络达标。9.根据权利要求8所述的一种用于集成电路供电网络诊断定位的系统，其特征在于，所述计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比包括：采集sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压，并计算sink的正极管脚最高电压和sink的正极管脚最低电压的差值，获取sink的管脚电压变化，基于vrm正极管脚的电压最大值与sink正极管脚的电压最小值的差值计算最坏压降或基于vrm正极管脚的电压平均值与sink正极管脚的电压平均值的差值计算平均压降，基于sink的管脚电压变化与所述最坏压降的比值计算sink的管脚电压变化占比或基于sink的管脚电压变化与所述平均压降的比值计算sink的管脚电压变化占比。10.根据权利要求9所述的一种用于集成电路供电网络诊断定位的系统，其特征在于，计算当前电源-地网络的平面电压变化占比包括：基于sink的管脚电压变化占比计算网络平面电压变化占比，所述网络平面电压变化占比为1-sink的管脚电压变化占比。

技术总结
本发明提供了一种用于集成电路供电网络诊断定位的方法和系统，涉及集成电路技术领域，包括如下步骤：采用有限元法计算供电网络中的电压分布，进而计算评估指标；基于评估指标判断集成电路电源供电系统为不可靠时，基于电压分布计算SINK的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；当管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时判断当前电源-地网络的SINK存在管脚分布不合理和/或当平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时则判断当前电源-地网络的VRM和SINK间的直流电阻过大。通过比较不达标供电网络的电压变化比与其阈值，能准确判断是否存在SINK存在管脚分布不合理和/或VRM和SINK间的直流电阻过大。理和/或VRM和SINK间的直流电阻过大。理和/或VRM和SINK间的直流电阻过大。


技术研发人员：唐章宏
受保护的技术使用者：北京智芯仿真科技有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/7/21