可靠性仿真典型案例分析教材

1、一、模拟电路的仿真案例1.整体电路功能说明过流检测电路用于监视电路工作电流的大小，当电路负载上的电 流超过某一数值，电路会给出报警信号。检测电流可以在流入负载一 侧取样，也可以在流出负载一侧取样，这两种检测方法可以分别称为 高端和低端电流检测。它们都是通过取样电阻采样电流然后通过电压 放大器放大，都要求放大器有较高的输入阻抗、放大倍数线性度和一 定的共模范围。以下时一个可能的应用场景，0.1欧姆的电阻串接在 1.8V电源和负载之间，一个仪表放大器将0.1欧姆电阻上的电压放 大100倍（实际略低）后输入给运放的正相输入端，带隙电路产生的 基准电压输入给运放的反相输入端，3.3V的电源给仪表放大器

2、、基 准和运算放大器供电，其中仪表放大器是由三个运算放大器组成的。 该电路一共由4个运算放大器模块和1个带隙基准模块组成，电路元 件总数超过300个。1.8V电源上的负载电流超过某一个设定值，运算放大器会输出 一个高电平的报警信号。总体电路的电路图如图1-1所示，总电路包 括偏置电压模块bandgaptest1、由3个基本运放组成的仪表放大器 yifang和输出级运放cmop。图1-1过流检测总电路图2.使用自建模型进行可靠性仿真本方案使用reliability.scs可靠性模型文件传递所需的模型 参数，建模的所有步骤都是基于Cadence软件的Spectre中的URI接 口，接下来分别用自建

3、模型对偏置电压模块、运算放大器、总体电路 进行可靠性仿真。2.1带隙基准电压电路可靠性仿真打开已经设计完整的带隙基准电压电路，界面显示如图1-2：图1-2带隙基准电压源电路图图1-3等效电路结构图（a）图1-4等效电路结构图（b）寸n用程m厚 CentOS_Kf4 XVirtuoso Schematic Editor L Editing; myBandgiapFile Edit View Create Z：_ieck Oftion：. Migrale Window Help错误!未找到引用源。-2是详细电路图，该电路是一个带隙基准 结构。带隙基准的工作原理是根据硅材料的带隙电压与电压和温度无

4、关的特性，利用*的正温度系数与双极型晶体管匕的负温度系数 相互抵消，实现低温漂、高精度的基准电压。双极型晶体管提供发射 极偏压匕；由两个晶体管之间的 *产生匕，通过电阻网络将七放 大a倍；最后将两个电压相加，即Vref=匕+。七，适当选择放大倍数 a,使两个电压的温度漂移相互抵消，从而可以得到在某一温度下为 零温度系数的电压基准。错误!未找到引用源。-3是电流源产生电路， 充当错误!未找到引用源。-4中的恒流源。接下来进行该带隙基准电路的可靠性仿真。点击Launch菜单下ADE L选项，如图1 -5所示，进入仿真设置界面。APE LCreate ModelLaunchLdjuL XLL3W3U

5、t 匕苫LSchematics LSchz：inat c? VL30 (i邛1们对 1 (n|：n3 3) 勺3 (n(Ti3 =;) J4 (.npriJ ajMi-sec uijiicl Op:icnsParasitic sKi ii hSiinulitonDi/dHierarch/ Editor IZ FarT.sg ng；SiF) I 二 Tc:tjcrcncc图1-5打开设置界面的步骤如图1-6所示，是Candence的仿真设置界面堂Oi怖睥 孑3 E叫登或蹄n 仃的S M3 fi阻Oir倒图1-6仿真设置界面点击图1-6中标注有数字“1”的红色框中的按钮，进行分析模 式的选择，选择

6、瞬态分析模式，具体配置如图1-7所示，配置完成后 点击OK按钮。再次点击图1-6标记为“1”的按钮进行分析模式选择， 选择dc分析模式，具体配置如图1-8所示，配置完成后点击OK按钮， 则在此次仿真中同时进行瞬态仿真和dc仿真。TruwlezMu-y5l5 MmpmriqAn3J_axDciaEn5 令 r-snM Gem富7应 I司常卷| _mp55一I t耍 Mrt Ne.富 L QYPannFwirftfrEn=odK口&I1Mcans-DBtau 京、.IJ*、，工告、T7*r+ran (浙)照兴H Cho-osiing Analyses Virtuoso Analog Design

7、E xAnalysisj trani dc8LC-noise1 xfsens-dcmatch-stbJ pzj sp-envlp-pssj pac-pstb-pnoiseJ pxfj pspqpssqpacj qpnoisej q附qpsphb-hbac3 hbnoisehbspDC AnalysisSave DC Operaiing PointHysteresis SweepSweep VariableComponent Name /VO，Component ParameterParameter Namedc.Model ParameterS白loot Ccirripciririt_ Tem

8、perature_ Design VariableSweep RangeA *2叩Start St 叩项Center-SpanSweep TypeAutcimatic： Add Specific Point? _Enabled Options. j.、Can匚日 1Defaults Applj y、Help .图1-8添加dc仿真分析模式点击图1-6中红色方框中标注有数字“2”的按钮，进行输出波形的信号来源选择，点击该按钮后会弹出图1-9所示的选择对话框， 点击“From Schematic ”按钮，便可以直接从电路图中选择需要输出波形的信号。此处由于我们仅需要观察基准电压Vref的情况，因此

9、 仅选择Vref的电压输出波形。Settling Outputs - Virtuoso Analog Desigio EmvironmeBt (1)Name (opt)ExpressionCalculatorWill heAddSeleded OutputTable Of OuipuisName/3ignalrE?;pr | Value| PlolJ Saye Options vrefyc：:； allvFrom schemallcOpenGet E*i旧ssSnClosejL Flotted/EvaJualecIKI汕 EKpr日暗En L y.-iLbl 1( 口pply ,，曲Ip图1-

10、9输出波形信息设置界面如图1-10所示，点击菜单栏中的Setup菜单中的 ModelLibraries选项，进行模型库的选择，点击该选项后，会弹出如图1-11所示的界面，可在该界面中选择模型库。| Virtuoso AnalogLaunch Session怕城I广SetupDesign Variables四 Design .时 Sjmulator/Directory/Host.High-Perfurriarce Simulation .Model Libraries .r Temperarture .Q otinuli.S；imiilatinr Files .MTLAE/Sim.ilinknv

11、ironment.Arguments0 10o 7 Auto malic start-stop /VDiimouse L:M.F：Model Libraries .status： Selectinc cu:pjt; :o be oDtel.I 心（.：i mula:o-： speclreFicttn】m恒 WIue图1-10选择模型库菜单图1-11选择模型库界面点击图1-11中的红色浏览按钮，在/models路径下选择可靠性 仿真需要的仿真模型文件，在此处由于是进行自建模型的可靠性仿真， 因此选择reliablility.scs文件，选好后的界面如图1-12所示。图1-12选择好自建模型文件后

12、的界面点击菜单栏中的Simulation-Reliability-Setup选项，进行可靠性仿真的相关参数设置，点击该选项后会出现如图1-13所示的 配置页面。图1-13可靠性仿真相关参数设置界面在图1 -13中，仅需要配置Basic选项里的内容，各项配置可参 照图1 -13中配置，在这里仅对红色方框中的内容作简要说明，方框 1的内容是选择老化时间，此处是选择仿真老化10年后的结果；方 框2是选择性能损耗比，这里设置是损耗10%，则仿真工具会计算该 电路各个器件性能损耗10%需要的时间；方框3是选择可靠性仿真接 口库文件，由于这里是使用URI自建模型，需要选择接口库文件，点 击浏览按钮选择“l

13、ibURI.so”（若使用的是Cadence自带模型， 则不需要进行方框3中的选项的配置）。最后点击“OK”按钮保存配 置。点击图1-6中的标注有数字“3”的红色方框中的按钮，开始进 行可靠性仿真。此次可靠性仿真仅考虑MOS管的损耗因素，忽略BJT管的损耗因 素。图1-1是关键MOS管部分电路的截图，该电路中的MOS的管参 数（主要是宽度和长度）是进行可靠性仿真之前的参数。r=3亦图1-1可靠性仿真关键MOS管PM1=20u图1-2是进行可靠性仿真的仿真图，红色线表示该电路工作时间 为0时，电源从0v到7v变化，基准电压的曲线；黄色曲线表示该电 路工作时间为10年时，电源从0v到7v变化，基准

14、电压的曲线。不 难看出，当此电路工作了 10年后，电路性能已明显下降，这是MOS管老化过快的结果。图1-2可靠性仿真基准电压曲线图为了找到老化过快的原因，需要打开可靠性仿真时的相关数据分析，如图 1-16 所示，点击菜单栏 Result-ReliabilityData-Results，会弹出如图1-17所示的对话框。Launch Session Setup Analyses VariakilBS Dutpuls SimulationTo dIs JHe IpRe euIIs VlrtUMO Analog Design EnSranment (1-I&iecT.Jieiere .Fiincing

15、loinng opiions.Design VariablesType I EnablePlot Gulp ids Direct Pled Film Annotale VDjnrCircuil Londltions. Hlolallons Display.CJUTjpiJtivr&rpm?7sPME7GPME7E：PM?/DJptiansPlotting mode: Repwe1 niaue L：M：1巾Results.staluG： RgaUyT-27 CS im ulata r：叩白供怕 R GlXpertP lot after imulalion. R UtO图1-16打开可靠性仿真数据

16、分析界面的步骤1图1-17打开可靠性仿真数据分析的步骤2点击图1-17中红色方框内的按钮，就可以看到可靠性仿真的相关数据分析。如图1-18所示Table Legends:D&gfradatiori.口自耳md,:Ltiiiie:Age:degfradatian after 10. OOyrs. Lifetime Cirt yr) to reach 1. 000e-01 age used in aging sinnLation.|Transistor 1-ILtime(yr| Degrad.|-11-1-Age1-111M2 9.72e+0oil.Ole-01 4.1 86e - U -i |M

17、3 |1.a6e+ll|4.89e-06|4.47e-13|M4 |2.87e+09|2.31e-0E|l.65e-ll|M5 |3.37e+09|2.15e-05|1.4ae-ll|1M6 |1.lle+16|3.39e-0e|4.25e-18|PMOS TRfiNSISTOB DEGRADATION RESULTSTfstlsist匚：m d.re IzLated. as they d.ppear _n SPICE_npu.t file.Table Legends: eqr 3. d.:de yr ad. at ion a f ter 10. OOyrs.Ltime:Lifetime (i

18、n. yr to reach 1.000e-01 Degradation.Age:age nsed in aging simiilation.llraxisistar 1-ILtiiae (yr | Degrad. |-1-1-1-白卵 11111Mil |8. 52e + 15|3. 80e-08 |5.55e-18|脚n in匚仆+门勺口 69e-041497e-09|PMl |7.50e-03 2.21e+00|6.30e+00|PM2 |3.82e-03 2.95e + 00 |1.24e+01|k图1-18可靠性仿真相关数据可以看到MOS管PM1和PM2的寿命非常短，红色圈里是该两个

19、 MOS管性能损耗10%所需要的时间。因此可以看出正是这两个管子损 耗非常快，才导致整个电路老化较快，因此需要作出相应修改已解决 此问题。MOS管的老化主要受管子宽度W、管子长度1和源漏电压Vds影 响，时和1越大，损耗速度越慢；Vds越大，损耗速度越快。由于修 改Vds对电路的状态影响过大，一般不考虑此解决方法，而同比例增 加时和L, 一般情况下对电路状态的影响很小，因此采用同比例增大 时和1的方法来减小电路的老化速度。在图1-14中，PM0、PM1、PM2 和宽度时和长度L分为20um、1um，接下来将宽度和长度同时增大为 原来的5倍，即W=100um，L=5um，修改后的MOS管参数如错

20、误!未找 到引用源。所示。图1-19修改时、L后的关键MOS管错误!未找到引用源。0是增大MOS管的宽度和长度后，进行可 靠性仿真的仿真图，红色线表示该电路工作时间为0时，电源从0v 到7v变化，基准电压的曲线；黄色曲线表示该电路工作时间为10年 时，电源从0v到7v变化，基准电压的曲线。可以看到该电路工作 10年后，电路性能变化较小，这表明通过增大MOS管宽度和长度以 降低电路老化速度的方法是可行的。图1-20修改时、L后进行可靠性仿真的输出波形打开可靠性数据分析页面，如错误!未找到引用源。1所示，可 以看到PM1和PM2的性能降低10%的时间已经明显延长，将PM1和PM2 的宽度和长度同比

21、例增大5倍后，其性能降低10%所需要的时间分别 从7.05x10-3年变为12.5年、3.82x10-3年变为6.74年，增长了3 个数量级，通过同比例增大MOS管的宽度和长度的效果非常明显。；age used in 事 gmg Simula tian.|Transistor|Ltime(yr| Degrad.| AgerlLj3 4 r_l- _.bM M M M M|1.06e+01|9.75e-02|4.45e-03|1.06e+ll|4.89e-06|4.47e-13|2.87e+09|2.31b-05|1.65e-ll|3.42e+09|2.L4e-05|l.3Se-ll|1.11&

22、+16I3.39&-0SI4.25e-18|IPNOE TRAMSISTOR BECRADATION RESULTSTranaistors are Listed as they appear in SPICE input file.TaJble Le gends :Uegrad. : degradation after 10.OOyrs.Ltime； lifet-iiae (in yr) to Leach 1. 000e-01 Degfradstion.Age: age used in agfiitg simuLation. TOC o 1-5 h z ITrarisistor|Ltim&(y

23、r | Degrad. | Age|IIIIIMO|8. 52&+1-5 |3. 8Oe-O0 |5. 55e-18|PMD il.耽e+lDll.L4e-05|3.L8e-12|PM1 |1.25e+01 9.08b-02|3.78e-03|PM2 |6.47e+00 1.21&-01|7.20e-03I-iiiii23图1-21修改时、L后的可靠性仿真相关数据2.2运算放大器部分可靠性仿真运算放大器是模拟电路里的重要模块，可以构成许多有用的电路， 典型的运算放大器由两级组成，第一级是差分输入级，将输入的差分 电压转换为电流信号，第二级则是单端输出级，负责将电流信号再转 换回单端的输出电压。

24、运算放大器内部一般需要进行补偿，以保证运 算放大器在负反馈电路中不出现振荡。图1-22是单个基本运算放大器的内部详细的电路图，它的输入 端由PMOS和州。，差分对并联构成，这样可以保证输入电压范围轨到 轨，之后是一个电流求和电路，最后是AB类的输出电路。图1-22运算放大器内部详细电路图图-23为运算放大器仿真时的外部电路，对它进行dc、ac、tran 三种仿真。重点观察ac仿真结果，查看运放的相位裕度和增益带宽 积。在可靠性仿真中设置的aging time是半年。图1-23运算放大器仿真电路打开运算放大器的电路图，按照第2.1节的相关步骤进行可靠性仿真的设置，这里不再赘述，分析模式设置和输出

25、波形设置如图1-24中红色框1和红色框2中所示。La Jrm Spr?irn SAtjjf dn也书上a-i;h m Ortprs SiniJlAtim Epu.lts Tnnls Hr pOutputsVirtuoso Analog Design Environment (8) - bandgap cmop tcstDesicn variables Resulls in /homeAWsimu ation/cmop 1e：ntnouES L：Mgumcintmbtir-.topPIuLLhj iiulk. neplac25 52)Model Libraries： .Status： Ready

26、T-27 2Simulator spsctrs Rel XpertState：图1-24分析模式设置和输出波形设置点击开始仿真按钮，进行仿真，仿真结果见错误!未找到引用源。-25 和图 1-26。图1-25运算放大器进行可靠性仿真的增益图1-26运算放大器进行可靠性仿真的相位图1-25是不同频率下的增益，红色代表老化之前的增益，黄色 代表老化之后的增益。图1-26是不同频率下的相位，红色代表老化 之前的相位，黄色代表老化之后的相位。通过图1-25和1-26可以看 出，老化之前，运放单位增益带宽为231MHz，相位裕度为76度，老 化半年后相位裕度变为36度，单位增益带宽只有93MHz。打开可靠

27、性数据分析页面，如图1-27所示| L tuie | DReliability-Setup 菜单项里修改老化时间，如图1-29所示，图1-29将老化时间设置为0.0228年的界面将老化时间设置为0.0228年再进行仿真得到运放的频率响应曲线。如错误!未找到引用源。-30，图1-30修改老化时间后运算放大器的可靠性仿真可以看到老化后运放的单位增益带宽变为173MHz，相位裕度为72度，相比较老化前单位增益带宽下降较多，但是运放的相位裕度 仍大于60度，运放可以稳定工作。查看运放的偏置电路发现8倍增 电路产生的偏置电流为17.2uA，相比于老化前只降低了 4.4uA。2.3总电路可靠性仿真仿真界面

28、相关设置参考2. 1小节，此处不再赘述。老化前仿真结果见图1-31，假设负载的电流按照正弦的方式变 化，峰峰值是200mV。图1-31左边是瞬态仿真结果，紫色线是负载 电流的变化曲线，红色线是最后运放输出的报警信号。右边是直流扫 描仿真结果，紫色线是负载电流变化曲线，红色线是输出的报警信号。图1-31瞬态和直流扫描仿真结果图1-32是整个电路老化1年后的仿真结果，黄色线是输出的报 警信号，蓝色线是仪用放大器的输出结果，紫色线是负载电流的变化 曲线。可以看到老化后电流信号的上半周期不能正常地放大，最后输 出的报警信号也只是在一半电源处摆动。查看MOS管阈值电压的变化， 发现运放的AB类驱动电路的

29、NMOS和PMOS管分别增大了 13.8和19.8倍，显然在这种情况下电路不能够正常工作。图1-32老化1年后的仿真结果3.使用Candence自带模型进行可靠性仿真本方案使用自带HCI模型仿真设置，Cadence自带HCI模型使用了 hci.scs （该文件在 smic18mmrf_1P6M_2014_04_09_v2.1.1/models目录下）的参数传递文件。接下来分别用自带HCI模型对偏置电压模 块、运算放大器、总体电路进行可靠性仿真。3.1带隙基准电压电路可靠性仿真如图1-33所示，是Candence的仿真设置界面图1-33仿真设置界面在图1-33所示的仿真设置界面里，标有“1”、“

30、2”、“4”、“5”数字的四个红色方框里的内容需要进行设置，使用HCI模型进行可靠性 仿真时，“1”、“2”数字方框中的设置和使用URI自建模型进行可靠 性仿真时的设置完全一样的，具体设置可以参考2.1小节，但是“4”、“5”中的内容有所不同。接卸来介绍“4”、“5”方框中的内容的设置。打开菜单栏Setup-Model Libraries选项，设置可靠性仿真模型文件为/models目录下hic.scs文件，该文件是由Candence安装目 录下/opt/cadence/IC615/MMSIM131/tools.lnx86/relxpert/example/ad e/ic615_reliabil

31、ity_spectre/model_spectre/relxpert_model.scs的文件复制而来，如图1-34所示。设置完成后，点击“OK”保存。图1-34可靠性仿真模型库文件选择打开图 1-33 中菜单栏 Simulation-Reliability-Setup 选项， 进行可靠性仿真的相关设置，具体设置如图1-35所示ReliabilityBasiciMvanceciHCIWMuai 阙mgHflllfltiirty AnalysisEnable RBllahUliySJmulaljar Mocte-Spe&lre h的阳 HelXperiLSlmufedtm MccleEnable

32、 :-tessBi孙维艮印ngAeiMperl QplCrlE：Mode Hnk-Cairlar InjDEUan (HC1)受 N0湘*日曰as Thermal InslBdsilW (NBTI)i Poslivis Bia TharmaJ Inslabiity (PBTl)Aging llrrw-Mode:3；史 Hat-C&jrlBr Injocflan (HQ)里9渤 Thermal ln1ajjllHy (NRT1)W PosllVB BiasThsmiaJ 血阕1抱ETCDAfling nrre-1-DA萨 iYSlhOdgsmDs QEffect! fiw0ei caii0iji

33、i)nEnahls Irieimc caJcukfton-C1 盼部alm crtwrlaCL 1LTirte d 佗h油|叩 Ifterfaci? (Lfi)血财网1-Lhrted reliabilrly interface (URJ moderuneQ|图1-35可靠性仿真相关设置rm t rm tfotrm t rm tfotrm t:r* * tfotrm虫 Reliability rwdel： p枷S HCI *3* tt4*3* 4lO4*3* 4lO4*relxpert：relxpert;Trel_xpert：freixpert:*relxpert：relxpert:Trel.x

34、pertzrelxpert；*relxpert：agerrodel pM3 aqelevel = Q4ai = 4.4B22Ee6 bi = 3.7E4-&6+ecriw =的 ecrlig = 375i ecrliD = &+ LC9 = 1.3492 U1 = 9.913 63 = +hfl = 5.7366+06+vthfl = 1.794ub = 2.9638+V&i1： = 2r5+M = 2.4-4.B2帕a.ifigac0-373576,19951 臼-瞬1.1491 nnD = 0.1175 wg=01 1 1 |1 -111 -U -1从1-35可以看到，除了红色方框中的设置

35、，其他设置均与2.1小节中的图1-13 一样。点击OK按钮保存设置。打开/models路径下的hic.scs文件，如图1-36所示E hci5C5 X |rm t rivr tmtrm t mi： tmt:rm： t mi： tmt:rm：* Reliability 心lei； P电is nbtiiM t iMf relxpert： + lcfl-1.26700 lcl-l.D62g0e-ai*reLxpertt * 响=1,2如3蚌64 n9=l_976398&750e-01relxpeirtr * ae= 3.23S4S93209 1.12e-0L 3.ne&9e-ei 4.32386 1

36、.6 reUpeirt; * ub=( 5,337W 命用 4r29a0ee-01 1 用 L用 1 用relxpert： f vs,at- .575e-Dl D.O 3,3652Qe-01 L.D 1-0 -1.0 *reLxpertt * thO= 4典他 1.173S0 孤羽做如SL lt9745ee-91 4驱9园 1.0 3*iM t iMf *3* 船廿却 iM * iMf *3* 船廿却 iMagerrodsl p33 ageleveL = 14Hibn = B.ZB223 nba = 1 nbea = B_655220nlbgariTia = 1-6 nbgamriHd G.5

37、B759侦皿 1肘娘=1 nbetae = 0,155ee nbetal = M.6?l+nltieta2 = -1 nhemd4Vtil0 = B.43302#ub = 6.4196 0.45 1+V5fit = 93217 2,6791*relxpert：TElxpert;MrelKpcrt*relxpert50.OB3139 B-Z337 3.347 L L II0.15625 9-12551 L25 -Irelxpert：TElxpert; nrelKpertj f reUpert?图1-36 hci.scs文件内容可以看到，该文件中包括NMOS HCI、PMOSHCI、PMOS NB

38、TI三种 模型的相关参数，由于该电路只包含P33、N33型的MOS管，因此该 文件只包含N33、P33型MOS管的各项参数，若电路包含N18、P18型 MOS管，将N18、P18型MOS管的可靠性仿真相关参数添加进来即可。接下来分别单独进行系统自带模型下NMOS HCI模型可靠性仿真、 系统自带模型下PMOS HCI模型可靠性仿真、系统自带模型下PMOSNBTI模型可靠性仿真。(1)系统自带模型下NMOS HCI模型可靠性仿真删除hci.scs文件中的PMOS HCI模型、PMOS NBTI模型的相关参数，仅留下NMOS HCI模型的相关参数，如图1-37所示。耳打开v 保存者j巍弟1|_l

39、hd.5ES Xx Copyrigl-1 (C) Cadence Design Systems, Inr, All rights reserved.DISCLAIMED: The rollotfiny models are provided Far Cadence customers Id use atTheir own risk. The models are not representative oT any real process. Themodels 福require modLication to satisfy The reqiremerts of any user.1 he mo

40、dels and any morlL cstians to the models ney not he campaTihle withci.rrert or future versions erf Cadence products.x THE CODE TS PROVIDED AS 15 AND WITH NO WARRANTIES, INCLUDING WITHOLTT LIMITATION ANY EXPRESS WARRANTIES OR IMPLIED WARRATTriES OF MERCHANTABILITYOR FITNESS FOR A PARTICULAR USE .r rt

41、tr yi 丫” r rtti y r re t n fti y yv r rttT rei i yRelioLilit/ model： nmos hciMrelxpert: agemodel n33 agelevel-OrelKpert： + a_=7.73220e+o& Lii=i.7eoe0e+06 ea=e.erelxpert： + ecrit0=5.7122Oe-i-0 ecritbQ.a ecritgg,6005fle+03*relxpert： + Lc0=1.26700 LcL-i.O62goe-0L*relxpert: t 1.2413&c+G4 ni9=l .97639 nn

42、O3.09750-01*relxpert： + 知=3.2384Q ?,932SS l,12609e-Ql IL日琦e-41 4.32380 -l.G -reliperl: + ub- 5.88700 O.O .290805-01 1.0 1.0 1.0 rely pert： ， uit= 4.575e-si o.o B.3652a-ei 1 .a 1 .s -i.o -relxpert: +S.20800 1.17386 .32600e-01 1.974506-01 2.B290D 1.0 图1-37 NMOS HCI模型仿真时hci.scs文件内容保存hci.scs文件，点击开始仿真的按钮

43、进行可靠性仿真，仿真 结果如图1-38所示。图1-38 NMOS HCI模型下带隙基准电压源可靠性仿真结果可以看到，老化之前的曲线和老化之后的曲线完全相同。在菜单Result-Result Data选项中打开可靠性仿真的数据分析，如图1-39所示OOS TRANSISTOR DEGRADATION RESULTSTransistors are Listed as they appear in SPICE input file.Tahle Legfends :inacKlb:niaKLiiiujn.substrate current.avglb:averagesubstrate current.

44、jiLscxIg:uiaxiiuuin.gate current.avglg:averagegate current.Eegiad. : degradation after 10.OOyrs.Ltime: hot carrier Lifetime (in. yr) to reach 1.OOOe-OL DegradatiAge: age used in aging simulation.| Transistor InaiKlki (A) |avglb(ft)|avgIg(A) |Ltinie(yr| Eegrad.I1111II|M2| 0. 00e+0010.00e+001 0.00e+00

45、1 0. OOe+CiO | Inf inity |0.OOe+OO|113I 0. 00e+0010.00e+001 0.OOe+OO | 0. OOe+CiO | Inf inity |0.OOe-i-OO114| 0. OOe+OO | 0 . OOe+OO | 0 . OOe+OO | 0 . OOe+ClO | Inf inity | 0 . OOe-i-OOIMSI 0.OOe+OOI0.OOe+OO|0.OOe+OO|0.OOe+QO|Infinity|0.OOe+OO|116| 0. OOe+OO|0.OOe+OO | 0.OOe+Oti | 0. CiOe+tiO | Inf

46、inity|0.OOe-i-OO图1-39 NMOS HCI模型下带隙基准电压源可靠性仿真数据分析数据解释了为什么老化10年后的曲线和老化前的曲线完全重合， 这是因为该电路中只有PMOS，没有NMOS，所以在NMOS HCI模型下的仿真是无意义的。(2)系统自带模型下PMOS HCI模型可靠性仿真删除hci.scs文件中的NMOS HCI模型、PMOS NBTI模型的相关参数，仅留下PMOS HCI模型的相关参数，如图1 -40所示。3臼打开v璃保存|查|，胡撤涓 I帛序眺羸|_l hci.scE X hcill.scsCcpyright (Cl Cadence Design Systems,

47、 Inc. All rights reserved.DISCLAIMER: The following nodels are provided for Cadence customers to use attheir own risk. The models are not representative of any real process. Themodels may require modification to satisfy the requirements of any user.The models 日nd any modifi匚日ticin to the models may

48、not be compatible withcurrent or future versions of Cadence products.THE CODE IS PROVIDED AS IS AND WITH NO WARRANTIESr INCLUDING WITHOLTI IMITATION ANY EXPRESS WARFWNHFS OR TMPI TED WARRANTTFS OF MERCHANTABTIITYOR FITNESS FOR A PARTICULAR USE.* Reliability model: PNOS HCIrelxpert*relxpert*relxpert*

49、relxpert*relxpert*relxpertrelxpert*relxpertfrelxpertagemodel p33 agelevel = 0+ai - 4.4822&1-06 bi - 3.7e+06+ecriTfl = I.fi233e+ft5 ecritg = 375W ecritb| = G+lc0 = 1.3402 lei = 3.0103 ea = 0+h8 = 5,738e+S6+vthfl = 1.79tub = 2.983S+vsat - 2.3+afl = R.44S2= 1.1491 nnQ = 9.1475 wg=0 Q.16986 O.37357 0.19

50、051 0.49511111 11 11 -11 -1图1-40 PMOS HCI模型仿真时hci.scs文件内容保存hci.scs文件，点击开始仿真的按钮进行可靠性仿真，仿真 结果如图1-41所示。图1-41 PMOS HCI模型下带隙基准电压源可靠性仿真结果可以看到，老化之前的曲线和老化10年之后的曲线差异非常大。在菜单Result-Result Data选项中打开可靠性仿真的数据分析，如图1-42所示Table Legends:macxlb:血sjcLmujisutistrate current.avglb；averagecurrent.jiisjclg:gpatecurrent.avg

51、lg:averagegatecurrent.Degxad. ； deqradation after 10.OOyrs.Ltime: hot. carrier lifetime (in yr) tc reach 1. 000e-01 DegradLatuAge: age used in aging simulation.| Transistor |jnacclb (&) | avglb (A) |maxig (A) | mwglg (k) Ltime (yi | Deg(radMO |C. 00e+00|, 00e+00|, 00e+00|. 00e + 00|InFinity|0. OOe +

52、 OO PMO |9.40e-24|9.40e-24|l.a3e-16|l.03e-ieI 3.SOe + lSl1.41e-03 Pill |3 08e-ll|3.a8e-ll|6.37e-13|6.37e-13|1.45e-01 1 87e-01 PM2 |4 24e-ll|4.24e-ll|7.60e-13|7.G0e-13|l.OLe-Ol 1 97e-01图1-42 PMOS HCI模型下带隙基准电压源可靠性仿真数据分析通过图1-40的红色框中的数据可以看到，PM1和PM2的性能损耗 10%的时间只有0.145年和0.101年，所以10年后两个MOS管的损 耗会远大于10%，所以老化

53、10年后的结果和未老化时的结果相差较 大。(3)系统自带模型下PMOS NBTI模型可靠性仿真删除hci.scs文件中的NMOS HCI模型、PMOS HCI模型的相关参数，仅留下PMOS NBTI模型的相关参数，如图1-43所示。hci.scs 篆Copyright C) Caderce Design Systems, Inc. All rights reserved.DISCLAIMER： The following models are provided for Cadence customers to use attheir own risk. The models are not r

54、epresentative of any real process. Thenadels may require modiication to satisfy the requirements of ary user.The models and ary modifications to the models may not be compatible withcurrent or future versions 0- Cadence products.THE CODC IS PROVIDED AS IS AND WITH NO WARRANTIES, INCLUDING WITHOUTLIM

55、ITAIIUN ANY EXPRESS WARRANI1ES OR IMPLIED WARfWNTltS Uh MERCHANTABILITYQR FTTNESS FOR A PARTKULAR USF.* Reliability model； PMOS NBTI*re Lxpert：*relxpert：relxpert：*relxpeit:*re Lxpert：*rel_Kpert ：relxpert；relxpeit：agenode L p33 agelevel = 1+rhn = 0.29?25 nba = 1 nbea = 9.055226- 1.6 nbgmminmd= 0.5875

56、9+nbalpha+nbeta2+vth0+ub =+vsat-1=-1=0.40.4196nbetaS - 0.0O135B8 nbetal - 20.621 nbemod 3.4562 e 0.45 L=0.3217 2.6701=20.083139 0.2537 3.347 11 10.18025 0. 12551 4.25 -1|图1-43 PMOS NBTI模型仿真时hci.scs文件内容保存hci.scs文件，点击开始仿真的按钮进行可靠性仿真，仿真结果如图1-44所示。图1-44 PMOS NBTI模型下带隙基准电压源可靠性仿真结果可以看到，老化之前的曲线和老化10年之后的曲线相差

57、不大。在 菜单Result-Result Data选项中打开可靠性仿真的数据分析，如图 1-45所示。PMOS TEtANSISTOE. DEGRADATION RESULTSTransistors are listed as they appear in. SPICE input fiLe.IT able Legends: jnaiinma absolute Vgs value.jnaxVd : maxiuiujii absolute Vds vaLue.Degrad. : degradation after 10.OOyrs.Ltim已：nbti Lif已time (in yr) to r

58、已ach. 1.000已一DI 已gradationAqe ； age 口mud in aginq SLnilatiorL.ITiarLsistoi |m茧Wgi：矿）JildJiVd(V) |Ltime(yr|neyraii. | Aye |PM01.196+001.19e+a0|4?04elo2k.73e-02|2.82e-07|PM11.196-003. D5e+ClO |3.51e+03|b.06e-02|3.24e-08|PM21.19e-na03.11e+a0|3.7如+03|p.02e-02|3.04e-08|图1-45 PMOS NBTI模型下带隙基准电压源可靠性仿真数据分析根

59、据图1-45的数据可知，PM0、PM1、PM2均有较长的寿命，因此 老化10年后的结果和老化之前的结果相差不大。3.2运算放大器部分可靠性仿真仿真过程与3.1节类似，可参照3.1节和2.2节，这里仅作简单 介绍。（1）系统自带模型下NMOS HCI模型可靠性仿真删除hci.scs文件中的PMOS HCI模型、PMOS NBTI模型的相关参数，仅留下NMOS HCI模型的相关参数，如图1 -46所示。+hci.scs 箕 口 hcill.scs 携their own risk. The models are not representative of any real process. Them

60、odels may require modification to satisfy the requirements of any user.The models and any modifications to the models may not be compatible withcurrent ar future versions of Cadence products,THE CODE IS PROVIDED AS ISm AND WITH NO WARRANTIESP INCLUDING WITHOUTLIMITATION ANY EXPRESS WARRANTIES OR IMP