芯片制造是一个物理过程,存在着工艺偏差(包括掺杂浓度、扩散深度、刻蚀程度等),导致不同批次之间,同一批次不同晶圆之间,同一晶圆不同芯片之间情况都是不相同的。
在一片wafer上,不可能每点的载流子平均漂移速度都是一样的,随着电压、温度不同,它们的特性也会不同,把他们分类就有了PVT(Process,Voltage,Temperature)。
Process Corner
Process分为5个不同的corner(第一个字母代表NMOS,第二个字母代表PMOS):
- TT:Typical N Typical P
- FF:Fast N Fast P
- SS:Slow N Slow P
- FS:Fast N Slow P
- SF:Slow N Fast P
Process Corner都是针对不同浓度的N型和P型掺杂来说的。NMOS和PMOS在工艺上是独立做出来的,彼此之间不会影响。通过Process注入的调整,模拟器件速度快慢,同时根据偏差大小设定不同等级的FF和SS。正常情况下大部分是TT,而以上5种corner在+/-3sigma可以覆盖约99.73%的范围,这种随机性的发生符合正态分布。
根据偏差大小设定不同等级的 FF 和 SS,如 2FF 表示往快的方向偏2个Sigama,3SS 表示往慢点方向偏3个Sigama,1.5SS 表示往慢点方向偏1.5个Sigama 。
PVT对芯片性能的影响
不同的PVT条件组成了不同的corner,另外在数字电路设计中还要考虑RC corner的影响,排列组合后就可能有超过十种的corner要分析。但是在FPGA设计中的静态时序分析一般仅考虑Best Case和Worst Case,也称作Fast Process Corner 和Slow Process Corner,分别对应极端的PVT条件。
TSMC Standard I/O PVT
Name | Description | Core Voltage | I/O Voltage | Temp | Process |
---|---|---|---|---|---|
LT | Low Tempeature | 1 .1 *Vdd | 1 .1 *Vddpst | -40 | FF |
BC | Best Case | 1 .1 *Vdd | 1 .1 *Vddpst | 0 | FF |
TC | Typical Case | 1 .0*Vdd | 1 .0*Vddpst | 25 | TT |
WC | Worst Case | 0.9*Vdd | 0.9*Vddpst | 125 | SS |
WCL | Worst Case Low Temperature | 0.9*Vdd | 0.9*Vddpst | -40 | SS |
WCZ | Worst Case Zero Temperature | 0.9*Vdd | 0.9*Vddpst | 0 | SS |
ML | Maximum Leakage | 1 .1 *Vdd | 1 .1 *Vddpst | 125 | FF |
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