STA | 什么是Noise噪声检查？

这是数字芯片设计时序分析之DRV的第11篇，更多DRV文章就在 这里。 

什么是噪声(Noise)？

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在 SI Timing 这篇文章中，我们探讨了考虑串扰情况下的时序延时，其单位为时间(纳秒 ns)。而噪声则是考虑串扰情况下的信号抖动，其单位为电压(毫伏 mV)。
噪声代表了实际电平脱离理想电平的状态，当噪声超出电路的噪声容限时，则会导致电路故障。因此，噪声检查非常重要。
噪声包含了Noise area噪声面积和Noise height噪声高度两种，当然也可以按照噪声发生的部位来分成普通噪声和时钟噪声。

如何检查噪声？

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检查流程

下图是用PrimeTime检查时序串扰的流程图。

与串扰时序检查相比，只是多了最后两步。

第一步：读取网表。这一步骤与普通时序检查相同。
第二步：开启串扰分析功能，命令是set_app_var si_enable_analysis true
第三步：读取RC信息，这一步与普通时序检查不同的地方在于，需要指定参数-keep_capcitive_coupling。
第四步：读取时序约束SDC。这一步与普通时序检查相同。
第五步：进行时序分析。这一步与普通时序检查相同。
第六步：进行噪声检查。这一步是时序串扰特有的。
第七步：最后分析噪声。

注意，在检查噪声信息之前，需要先update_timing， 因为SDC约束中的case value等设置会影响噪声的结果。
检查库文件中是否有丢失噪声模型信息的情况。在update_noise之前做此检查十分必要，因为如果噪声信息丢失，运行时间会很久，而且结果不准确。
check_noise -verbose -include noise_immunity
check_noise -verbose -include noise_driver
以上检查通过后，就可以使用update_noise来更新设计的噪声信息。

添加裕量

为了保证芯片能正常工作，一般需要加入一些裕量。加裕量的情况大致可以分为四种情况。
第一种：输出端口
set_noise_margin ratio*VDD [all_outputs]
ratio的典型值为0.4

第二种：标准单元
set_noise_derate -above -low -height_factor 1.1
set_noise_derate -below -high -height_factor 1.1
加入10%倍的裕量。

第三种：Macro单元，输出端口加入25%的裕量，输入端口加入100%的裕量。
使用以下命令，对噪声高度检查加入裕量。其中，输入端口只是针对有CCSN信息的情况加入。
set_noise_derate -above -low -height_factor value macros_pins
set_noise_derate -below -high -height_factor value macro_pins

第四种：没有CCSN信息的单元，加30%的裕量。
如何判断一个pin有没有CCSN信息呢？可以通过检查pin的属性，是否有has_ccs_noise_*等信息。例如：
has_ccs_noise_above_high
has_ccs_noise_above_low
has_ccs_noise_below_high
has_ccs_noise_below_low
对这些pin，用以下命令加入裕量：
set_noise_margin -above -low margin*rail libpin
set_noise_margin -above -high margin*rail libpin
set_noise_margin -below -low margin*rail libpin
set_noise_margin -below -high margin*rail libpin
其中，margin是裕量，典型值是0.3。rail是pin的电压值，可以从PrimeTime的pin属性power_rail_voltage_max属性中获取。

获取报告

如果得到噪声的分析结果呢？在PrimeTime中可以使用以下命令来获取到噪声的结果。
噪声面积：report_noise -slack_type area -verbose -nosplit -all_violators
时钟噪声面积：report_noise -slack_type area -verbose -nosplit -all_violators -clock_pins
噪声高度：report_noise -slack_type height -verbose -nosplit -all_violators
时钟噪声高度：report_noise -slack_type height -verbose -nosplit -all_violators -clock_pins

如何修复噪声？

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噪声的修复与串扰类似。
首先，如果受害端的驱动单元的驱动能力太弱，可以增强其驱动能力。例如，更换更低阈值电压（low VT）的单元，或者更换成大驱动的单元。也可以减弱攻击端的驱动能力，不过这个方法不常用。
其次，如果有长线，可以在中间插入一个缓冲器（buffer）。
然后，可以增加绕线间隙，使用特殊绕线规则（Non default routing，NDR）。这个方法最好在布局布线阶段就使用，如果到了ECO阶段出现了串扰问题后再用，可能效果不好，因为绕线资源很可能已经不够了。
最后，可以更改绕线。例如，更换绕线层，或者加绕线屏蔽保护（shielding）。