TSMG - ein Werkzeug für die gekoppelte thermisch-elektrische Simulation

Die ständige Verkleinerung mikroelektronischer Bauelemente und ihrer Abstände in integrierten Schaltungen erfordert zunehmend die Berücksichtigung elektrisch-thermischer Wechselwirkungen. Während für die Simulation des elektrischen Verhaltens von Schaltungen seit langem bewährte Werkzeuge bereitstehen, wird die thermische Analyse in der Spezifikationsphase bisher wenig unterstützt. Hierfür wird mit TSMG (Thermal Simulator and Model Generator) ein einfaches, bedienerfreundliches Werkzeug vorgestellt, das speziell für die Untersuchung elektro-thermischer Wechselwirkungen bereits beim Chipentwurf einsetzbar ist. Isothermenplot und ein statisches thermisches Verhaltensmodell ("thermischer Mehrpol") für die gekoppelte thermisch-elektrische Simulation werden erzeugt. Unterstützt wird die automatische Ausgabe solcher Modelle für Schaltungssimulatoren wie SPICE, Saber und ELDO als Netzliste und als Verhaltensmodell in den Beschreibungssprachen MAST, HDL-A und VHDL-AMS. Das generierte Modell des thermischen Systems kann zusammen mit der elektrischen Schaltung simuliert werden. Für eine dynamische Analyse der elektrischen Schaltung sind erweiterte elektrothermische Transistormodelle erforderlich. Mit den Standardtransistormodellen kann - unter Nutzung eines Relaxationsverfahrens - die thermisch-elektrische Kopplung am Arbeitspunkt berechnet werden (DC-Analyse und DC-Transfer). Ein Beispiel für die thermisch-elektrische Simulation (DC-Transfer) mit SPICE3 wird vorgestellt.