摘  要： 研究了Perl在ESD保护电路中的应用。基于Perl语言的强大功能，在海量的数字电路仿真数据中准确地抓取需要的数据，并生成文件报表。同时为数字仿真电路的验证提供了一种全新、快速、准确的方式。
关键词： Perl； ESD电路； 电路验证

    在一款电子产品投入生产前，数字后端设计工程师会对数字仿真电路进行验证，对整个版图的线宽、间距、短路等情况进行检查，从而确保生产的产品都能够正常工作。这些仿真电路验证工作经常需要面对海量的电路数据进行筛选，识别出设计参数不合格的电路并进行改善[1]。
    数字仿真电路的设计离不开仿真验证，仿真验证过程是一个不断重复的过程，它贯穿了整个仿真电路的设计。据统计，设计验证会占用设计人员 70%以上的精力，而且对于大型的电路，验证会更为繁琐，例如门级规模上亿的电路。
1 数字仿真电路验证方法分析
    作为可编程逻辑器件,FPGA(Field Programmable Gate Array)相比于ASIC(Application Specific Integrated Circuit)可以重复擦写程序，通常用它来对现有的设计进行仿真验证。在数字 ASIC 的设计中，由于测试向量的不完备，设计中很有可能存在相应的Bug。因为每次 ASIC 的投片会花费较大代价，为规避风险，通常会对设计进行 FPGA验证，FPGA 验证无误后才进行投片、量产[2]。
   目前FPGA数字后端验证的方法主要是基于人工的选择,通过Linux下的条件查找功能，逐个实现对电路参数的验证功能。要验证的电路数目和需要验证的电路参数个数都是海量的，而且需要验证的参数类型也是随时变化的，因此这种人工验证的方法，不仅效率低下，而且验证准确度难以确保。
   本文将介绍一种新的利用Perl(Practical Extraction and Reporting Language)进行数字仿真电路验证的方式。
2 Perl介绍及其在ESD保护电路中的应用
2.1 Perl简介
    Perl是解释型的脚本语言，它具有出色的处理文本能力，是Windows和Linux跨平台的编程语言,具备自主内存管理功能，没有内存泄漏问题，且具有强大便捷的模块化功能[3]。
    Perl的解释程序是开放源码的免费软件，使用Perl不必担心费用；Perl能在绝大多数操作系统下运行，可以方便地向不同操作系统迁移；它可以作为用在不同系统环境编程的高级语言,为电路验证提供了一种新的解决方式；其高效、准确的特点给设计人员带来了很大的便利[4]。
2.2 ESD保护电路
    静电放电ESD(Electrostatic Discharge)会给电子器件环境带来破坏性的后果,是造成集成电路失效的主要原因之一。
    在正常工作情况下，NMOS横向晶体管不会导通。当ESD发生时，漏极和衬底的耗尽区将发生雪崩，并伴随之产生电子空穴对。一部分产生的空穴被源极吸收，其余的流过衬底。由于衬底电阻Rsub的存在，使衬底电压提高。当衬底与源之间的PN结正偏时，电子就从源发射进入衬底。这些电子在源漏之间电场的作用下被加速，产生电子、空穴的碰撞电离，从而形成更多的电子空穴对，使流过n-p-n晶体管的电流不断增加，最终使NMOS晶体管发生二次击穿，此时的击穿不再可逆，则NMOS管损坏[5]。
    为了进一步降低输出驱动上NMOS在ESD时两端的电压，可在ESD 保护器件与GGNMOS之间加一个电阻。这个电阻不能影响工作信号，因此不能太大。画版图时通常采用多晶硅(poly)电阻R1和R2。如图1所示。
2.3 Perl在ESD保护电路验证中的应用
    Perl在ESD保护电路验证中可以实现抓取所需要的数据信息并生成文件报表。图2所示为一款芯片的ESD保护电路报表中的一个小模块仿真电路，其整个报告有上千个格式相同而R1、R2数字不同的电路小模块。由图1所示的电路说明，要实现对芯片的ESD保护，需要限定：R1或者R2不能大于某一个限定值Rm。因此需要在这个文件报表中实现不满足此条件(即：R1或R2电阻值有一个大于3.5 Ω)的所有电路Location、Power和Ground的信息抓取。如果不用脚本程序，只能对电路模块的R1和R2数值信息一个一个分析比较，这样不仅准确率低，容易出错，而且耗费大量后端工程师的精力。但是现在可以通过一个Perl程序实现对此类文件报告进行条件抓取。这种方式不仅运行速度快，不会出错，而且大大减少了后端验证工程师的数据分析工作量。　

    运行这个Perl脚本后，只需要输入电源电阻所需要满足的条件，不同系列的芯片对R1和R2要求不一样。譬如，对于某一系列芯片需要查找出R1或者R2大于3.5 ?赘的所有电路location、power、ground信息(注：对于此系列芯片R1或者R2大于3.5 ?赘时的ESD保护电路都是不能通过检查的，需要重新设计参数)。Perl可以在Windows、Unix等多种平台下运行，以在Windows系统下运行为例[7]，如图3所示。

    最后的运行Perl脚本输出为一个result文件名的文件报表，结果如图4所示。

    数字仿真电路验证是其数字后端设计中极其重要的一部分，是保证每款芯片品质的重要部分。Perl语言可以很好地实现所有不满足ESD保护电路设计的电路参数抓取，方便数字仿真电路设计后端查错。由此表明可以根据不同电路的实际仿真报告，用Perl编程实现不同数字仿真电路验证的后端查错，大大减少了验证者的工作量。可以预见，以后的硬件电路设计中会越来越多地见到Perl的身影[8]。
参考文献
[1] 余晓文，强英.Perl语言在电路设计中的应用[J]. 微型机与应用，2004, 23(1):24-25.
[2] 许川佩，唐海，胡聪.基于FPGA的NoC硬件系统设计[J]. 电子技术应用，2012，38(2):117-119.
[3] (美)施瓦茨. Perl语言入门(第6版)[M].盛春，译.南京：东南大学出版社，2012.
[4] (美)艾德尔曼.使用Perl实现系统管理自动化(第2版)[M].盛春，译.南京：东南大学出版社，2011.
[5] 孙可平,刘勇.我国电子行业ESD防治技术现状及对策[J].上海海运学院学报,1999(1):76-81.
[6] DEITEL H M. Perl编程金典[M]. 李晋宏，杨小平，译.北京：清华大学出版社，2002.
[7] 华胜华，刘伟平. PERL在IC设计中的应用[J].中国集成电路，2004(5):36-41.
[8] WALL L, CHRISTIANSEN T, ORWANT J. Programming  Perl[M]. Third Edition, O′Reilly Media, 2000.