摘  要： 研究了Perl在ESD保護電路中的應用。基于Perl語言的強大功能，在海量的數字電路仿真數據中準確地抓取需要的數據，并生成文件報表。同時為數字仿真電路的驗證提供了一種全新、快速、準確的方式。
關鍵詞： Perl； ESD電路； 電路驗證

    在一款電子產品投入生產前，數字后端設計工程師會對數字仿真電路進行驗證，對整個版圖的線寬、間距、短路等情況進行檢查，從而確保生產的產品都能夠正常工作。這些仿真電路驗證工作經常需要面對海量的電路數據進行篩選，識別出設計參數不合格的電路并進行改善[1]。
    數字仿真電路的設計離不開仿真驗證，仿真驗證過程是一個不斷重復的過程，它貫穿了整個仿真電路的設計。據統計，設計驗證會占用設計人員 70%以上的精力，而且對于大型的電路，驗證會更為繁瑣，例如門級規模上億的電路。
1 數字仿真電路驗證方法分析
    作為可編程邏輯器件,FPGA(Field Programmable Gate Array)相比于ASIC(Application Specific Integrated Circuit)可以重復擦寫程序，通常用它來對現有的設計進行仿真驗證。在數字 ASIC 的設計中，由于測試向量的不完備，設計中很有可能存在相應的Bug。因為每次 ASIC 的投片會花費較大代價，為規避風險，通常會對設計進行 FPGA驗證，FPGA 驗證無誤后才進行投片、量產[2]。
   目前FPGA數字后端驗證的方法主要是基于人工的選擇,通過Linux下的條件查找功能，逐個實現對電路參數的驗證功能。要驗證的電路數目和需要驗證的電路參數個數都是海量的，而且需要驗證的參數類型也是隨時變化的，因此這種人工驗證的方法，不僅效率低下，而且驗證準確度難以確保。
   本文將介紹一種新的利用Perl(Practical Extraction and Reporting Language)進行數字仿真電路驗證的方式。
2 Perl介紹及其在ESD保護電路中的應用
2.1 Perl簡介
    Perl是解釋型的腳本語言，它具有出色的處理文本能力，是Windows和Linux跨平臺的編程語言,具備自主內存管理功能，沒有內存泄漏問題，且具有強大便捷的模塊化功能[3]。
    Perl的解釋程序是開放源碼的免費軟件，使用Perl不必擔心費用；Perl能在絕大多數操作系統下運行，可以方便地向不同操作系統遷移；它可以作為用在不同系統環境編程的高級語言,為電路驗證提供了一種新的解決方式；其高效、準確的特點給設計人員帶來了很大的便利[4]。
2.2 ESD保護電路
    靜電放電ESD(Electrostatic Discharge)會給電子器件環境帶來破壞性的后果,是造成集成電路失效的主要原因之一。
    在正常工作情況下，NMOS橫向晶體管不會導通。當ESD發生時，漏極和襯底的耗盡區將發生雪崩，并伴隨之產生電子空穴對。一部分產生的空穴被源極吸收，其余的流過襯底。由于襯底電阻Rsub的存在，使襯底電壓提高。當襯底與源之間的PN結正偏時，電子就從源發射進入襯底。這些電子在源漏之間電場的作用下被加速，產生電子、空穴的碰撞電離，從而形成更多的電子空穴對，使流過n-p-n晶體管的電流不斷增加，最終使NMOS晶體管發生二次擊穿，此時的擊穿不再可逆，則NMOS管損壞[5]。
    為了進一步降低輸出驅動上NMOS在ESD時兩端的電壓，可在ESD 保護器件與GGNMOS之間加一個電阻。這個電阻不能影響工作信號，因此不能太大。畫版圖時通常采用多晶硅(poly)電阻R1和R2。如圖1所示。
2.3 Perl在ESD保護電路驗證中的應用
    Perl在ESD保護電路驗證中可以實現抓取所需要的數據信息并生成文件報表。圖2所示為一款芯片的ESD保護電路報表中的一個小模塊仿真電路，其整個報告有上千個格式相同而R1、R2數字不同的電路小模塊。由圖1所示的電路說明，要實現對芯片的ESD保護，需要限定：R1或者R2不能大于某一個限定值Rm。因此需要在這個文件報表中實現不滿足此條件(即：R1或R2電阻值有一個大于3.5 Ω)的所有電路Location、Power和Ground的信息抓取。如果不用腳本程序，只能對電路模塊的R1和R2數值信息一個一個分析比較，這樣不僅準確率低，容易出錯，而且耗費大量后端工程師的精力。但是現在可以通過一個Perl程序實現對此類文件報告進行條件抓取。這種方式不僅運行速度快，不會出錯，而且大大減少了后端驗證工程師的數據分析工作量。　

    運行這個Perl腳本后，只需要輸入電源電阻所需要滿足的條件，不同系列的芯片對R1和R2要求不一樣。譬如，對于某一系列芯片需要查找出R1或者R2大于3.5 ?贅的所有電路location、power、ground信息(注：對于此系列芯片R1或者R2大于3.5 ?贅時的ESD保護電路都是不能通過檢查的，需要重新設計參數)。Perl可以在Windows、Unix等多種平臺下運行，以在Windows系統下運行為例[7]，如圖3所示。

    最后的運行Perl腳本輸出為一個result文件名的文件報表，結果如圖4所示。

    數字仿真電路驗證是其數字后端設計中極其重要的一部分，是保證每款芯片品質的重要部分。Perl語言可以很好地實現所有不滿足ESD保護電路設計的電路參數抓取，方便數字仿真電路設計后端查錯。由此表明可以根據不同電路的實際仿真報告，用Perl編程實現不同數字仿真電路驗證的后端查錯，大大減少了驗證者的工作量。可以預見，以后的硬件電路設計中會越來越多地見到Perl的身影[8]。
參考文獻
[1] 余曉文，強英.Perl語言在電路設計中的應用[J]. 微型機與應用，2004, 23(1):24-25.
[2] 許川佩，唐海，胡聰.基于FPGA的NoC硬件系統設計[J]. 電子技術應用，2012，38(2):117-119.
[3] (美)施瓦茨. Perl語言入門(第6版)[M].盛春，譯.南京：東南大學出版社，2012.
[4] (美)艾德爾曼.使用Perl實現系統管理自動化(第2版)[M].盛春，譯.南京：東南大學出版社，2011.
[5] 孫可平,劉勇.我國電子行業ESD防治技術現狀及對策[J].上海海運學院學報,1999(1):76-81.
[6] DEITEL H M. Perl編程金典[M]. 李晉宏，楊小平，譯.北京：清華大學出版社，2002.
[7] 華勝華，劉偉平. PERL在IC設計中的應用[J].中國集成電路，2004(5):36-41.
[8] WALL L, CHRISTIANSEN T, ORWANT J. Programming  Perl[M]. Third Edition, O′Reilly Media, 2000.