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Monte Carlo simulation for device mismatch

sdineshkumar

I am trying to simulate a SRAM PUF in cadence 5.1. I want to create threshold variations between two back to back connected inverters. I decided to vary threshold of any one of the PMOS . I want to apply monte carlo simulation with guassian distribution to any one of the PMOS. I dont know  how to apply montecarlo variation to a particular PMOS?

Is there any way to do it in virtuoso 5.1

Parents
  • Tonmoy Dhar

    Hi Andrew.

    I am also a newbie to the spectre simulation and I am in badly need of your help. I am simulating the following netlist. I see no simulation error. But, I do not see any mismatch variation data in the 'mc1.process.mcdata' file (the file is blank). But, when I run monte carlo simulation with 'variations=process' I see the process variation data inside the 'mc1.process.mcdata' file.  I am working with IC 5.1.41 . Here is the netlist:

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    simulator lang=spectre

    include "45nm_ASU_PTM.inc"

    parameters Ndelvt0 = 0 Pdelvt0 = 0

    subckt NMOS2 (n3 n2 n0 n1)

    parameters Ndelvt0=0

    N0 (n3 n2 n0 n1) nmos l=45n w=45n delvto = Ndelvt0

    simulator lang=spice

    .model  nmos  nmos  level = 14

    +version = 4.0             binunit = 1               paramchk= 1               mobmod  = 0             

    +capmod  = 2               igcmod  = 1               igbmod  = 1               geomod  = 1             

    +diomod  = 1               rdsmod  = 0               rbodymod= 1               rgatemod= 1             

    +permod  = 1               acnqsmod= 0               trnqsmod= 0             

    +tnom    = 27              toxe    = 1.8e-009        toxp    = 1.5e-009        toxm    = 1.8e-009      

    +dtox    = 3e-010          epsrox  = 3.9             wint    = 5e-009          lint    = 0             

    +ll      = 0               wl      = 0               lln     = 1               wln     = 1             

    +lw      = 0               ww      = 0               lwn     = 1               wwn     = 1             

    +lwl     = 0               wwl     = 0               xpart   = 0               toxref  = 1.8e-009      

    +vth0    = 0.62261         k1      = 0.4             k2      = 0               k3      = 0             

    +k3b     = 0               w0      = 2.5e-006        dvt0    = 0       dvt1    = 2             

    +dvt2    = 0               dvt0w   = 0               dvt1w   = 0               dvt2w   = 0             

    +dsub    = 0.1             minv    = 0.05            voffl   = 0               dvtp0   = 1e-010        

    +dvtp1   = 0.1             lpe0    = 0               lpeb    = 0               xj      = 1.4e-008      

    +ngate   = 1e+023          ndep    = 3.24e+018       nsd     = 2e+020          phin    = 0             

    +cdsc    = 0               cdscb   = 0               cdscd   = 0               cit     = 0             

    +voff    = -0.13           nfactor = 1.6             eta0    = 0.0125          etab    = 0             

    +vfb     = -0.55           u0      = 0.049           ua      = 6e-010          ub      = 1.2e-018      

    +uc      = 0               vsat    = 130000          a0      = 1               ags     = 0             

    +a1      = 0               a2      = 1               b0      = 0               b1      = 0             

    +keta    = 0.04            dwg     = 0               dwb     = 0               pclm    = 0.02          

    +pdiblc1 = 0.001           pdiblc2 = 0.001           pdiblcb = -0.005          drout   = 0.5           

    +pvag    = 1e-020          delta   = 0.01            pscbe1  = 8.14e+008       pscbe2  = 1e-007        

    +fprout  = 0.2             pdits   = 0.08            pditsd  = 0.23            pditsl  = 2300000       

    +rsh     = 5               rdsw    = 210             rsw     = 80              rdw     = 80            

    +rdswmin = 0               rdwmin  = 0               rswmin  = 0               prwg    = 0             

    +prwb    = 0               wr      = 1               alpha0  = 0.074           alpha1  = 0.005         

    +beta0   = 30              agidl   = 0.0002          bgidl   = 2.1e+009        cgidl   = 0.0002        

    +egidl   = 0.8             aigbacc = 0.012           bigbacc = 0.0028          cigbacc = 0.002         

    +nigbacc = 1               aigbinv = 0.014           bigbinv = 0.004           cigbinv = 0.004         

    +eigbinv = 1.1             nigbinv = 3               aigc    = 0.015211        bigc    = 0.0027432     

    +cigc    = 0.002           aigsd   = 0.015211        bigsd   = 0.0027432       cigsd   = 0.002         

    +nigc    = 1               poxedge = 1               pigcd   = 1               ntox    = 1             

    +xrcrg1  = 12              xrcrg2  = 5             

    +cgso    = 1.1e-010        cgdo    = 1.1e-010        cgbo    = 2.56e-011       cgdl    = 2.653e-010    

    +cgsl    = 2.653e-010      ckappas = 0.03            ckappad = 0.03            acde    = 1             

    +moin    = 15              noff    = 0.9             voffcv  = 0.02          

    +kt1     = -0.11           kt1l    = 0               kt2     = 0.022           ute     = -1.5          

    +ua1     = 4.31e-009       ub1     = 7.61e-018       uc1     = -5.6e-011       prt     = 0             

    +at      = 33000         

    +fnoimod = 1               tnoimod = 0             

    +jss     = 0.0001          jsws    = 1e-011          jswgs   = 1e-010          njs     = 1             

    +ijthsfwd= 0.01            ijthsrev= 0.001           bvs     = 10              xjbvs   = 1             

    +jsd     = 0.0001          jswd    = 1e-011          jswgd   = 1e-010          njd     = 1             

    +ijthdfwd= 0.01            ijthdrev= 0.001           bvd     = 10              xjbvd   = 1             

    +pbs     = 1               cjs     = 0.0005          mjs     = 0.5             pbsws   = 1             

    +cjsws   = 5e-010          mjsws   = 0.33            pbswgs  = 1               cjswgs  = 3e-010        

    +mjswgs  = 0.33            pbd     = 1               cjd     = 0.0005          mjd     = 0.5           

    +pbswd   = 1               cjswd   = 5e-010          mjswd   = 0.33            pbswgd  = 1             

    +cjswgd  = 5e-010          mjswgd  = 0.33            tpb     = 0.005           tcj     = 0.001         

    +tpbsw   = 0.005           tcjsw   = 0.001           tpbswg  = 0.005           tcjswg  = 0.001         

    +xtis    = 3               xtid    = 3             

    +dmcg    = 0               dmci    = 0               dmdg    = 0               dmcgt   = 0             

    +dwj     = 0               xgw     = 0               xgl     = 0             

    +rshg    = 0.4             gbmin   = 1e-010          rbpb    = 5               rbpd    = 15            

    +rbps    = 15              rbdb    = 15              rbsb    = 15              ngcon   = 1    

    simulator lang=spectre

    ends NMOS2

    subckt PMOS2 (n3 n1 n4 n5)

    P0 (n3 n1 n4 n5) pmos l=45n w=90n delvto = Pdelvt0

    ends PMOS2

    N1 (3 1 0 0) NMOS2 

    N2 (3 2 0 0) NMOS2 

    P1 (3 1 4 5) PMOS2 

    P2 (4 2 5 5) PMOS2 

    vdd 5 0 vsource dc=1.1

    statistics {

    process{

    vary Ndelvt0 dist=gauss std=.3

    vary Pdelvt0 dist=gauss std=.4

    }

    mismatch{

    vary Ndelvt0 dist=gauss std=.3

    }

    }

    mc1 montecarlo variations=mismatch saveprocessparams=yes seed=100 numruns=1{

    mytran tran start=0 stop=10u step=.1u errpreset = conservative

    }

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    Do you have any suggestion regarding this? Your help will be appreciated. 

Reply
  • Tonmoy Dhar

    Hi Andrew.

    I am also a newbie to the spectre simulation and I am in badly need of your help. I am simulating the following netlist. I see no simulation error. But, I do not see any mismatch variation data in the 'mc1.process.mcdata' file (the file is blank). But, when I run monte carlo simulation with 'variations=process' I see the process variation data inside the 'mc1.process.mcdata' file.  I am working with IC 5.1.41 . Here is the netlist:

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    simulator lang=spectre

    include "45nm_ASU_PTM.inc"

    parameters Ndelvt0 = 0 Pdelvt0 = 0

    subckt NMOS2 (n3 n2 n0 n1)

    parameters Ndelvt0=0

    N0 (n3 n2 n0 n1) nmos l=45n w=45n delvto = Ndelvt0

    simulator lang=spice

    .model  nmos  nmos  level = 14

    +version = 4.0             binunit = 1               paramchk= 1               mobmod  = 0             

    +capmod  = 2               igcmod  = 1               igbmod  = 1               geomod  = 1             

    +diomod  = 1               rdsmod  = 0               rbodymod= 1               rgatemod= 1             

    +permod  = 1               acnqsmod= 0               trnqsmod= 0             

    +tnom    = 27              toxe    = 1.8e-009        toxp    = 1.5e-009        toxm    = 1.8e-009      

    +dtox    = 3e-010          epsrox  = 3.9             wint    = 5e-009          lint    = 0             

    +ll      = 0               wl      = 0               lln     = 1               wln     = 1             

    +lw      = 0               ww      = 0               lwn     = 1               wwn     = 1             

    +lwl     = 0               wwl     = 0               xpart   = 0               toxref  = 1.8e-009      

    +vth0    = 0.62261         k1      = 0.4             k2      = 0               k3      = 0             

    +k3b     = 0               w0      = 2.5e-006        dvt0    = 0       dvt1    = 2             

    +dvt2    = 0               dvt0w   = 0               dvt1w   = 0               dvt2w   = 0             

    +dsub    = 0.1             minv    = 0.05            voffl   = 0               dvtp0   = 1e-010        

    +dvtp1   = 0.1             lpe0    = 0               lpeb    = 0               xj      = 1.4e-008      

    +ngate   = 1e+023          ndep    = 3.24e+018       nsd     = 2e+020          phin    = 0             

    +cdsc    = 0               cdscb   = 0               cdscd   = 0               cit     = 0             

    +voff    = -0.13           nfactor = 1.6             eta0    = 0.0125          etab    = 0             

    +vfb     = -0.55           u0      = 0.049           ua      = 6e-010          ub      = 1.2e-018      

    +uc      = 0               vsat    = 130000          a0      = 1               ags     = 0             

    +a1      = 0               a2      = 1               b0      = 0               b1      = 0             

    +keta    = 0.04            dwg     = 0               dwb     = 0               pclm    = 0.02          

    +pdiblc1 = 0.001           pdiblc2 = 0.001           pdiblcb = -0.005          drout   = 0.5           

    +pvag    = 1e-020          delta   = 0.01            pscbe1  = 8.14e+008       pscbe2  = 1e-007        

    +fprout  = 0.2             pdits   = 0.08            pditsd  = 0.23            pditsl  = 2300000       

    +rsh     = 5               rdsw    = 210             rsw     = 80              rdw     = 80            

    +rdswmin = 0               rdwmin  = 0               rswmin  = 0               prwg    = 0             

    +prwb    = 0               wr      = 1               alpha0  = 0.074           alpha1  = 0.005         

    +beta0   = 30              agidl   = 0.0002          bgidl   = 2.1e+009        cgidl   = 0.0002        

    +egidl   = 0.8             aigbacc = 0.012           bigbacc = 0.0028          cigbacc = 0.002         

    +nigbacc = 1               aigbinv = 0.014           bigbinv = 0.004           cigbinv = 0.004         

    +eigbinv = 1.1             nigbinv = 3               aigc    = 0.015211        bigc    = 0.0027432     

    +cigc    = 0.002           aigsd   = 0.015211        bigsd   = 0.0027432       cigsd   = 0.002         

    +nigc    = 1               poxedge = 1               pigcd   = 1               ntox    = 1             

    +xrcrg1  = 12              xrcrg2  = 5             

    +cgso    = 1.1e-010        cgdo    = 1.1e-010        cgbo    = 2.56e-011       cgdl    = 2.653e-010    

    +cgsl    = 2.653e-010      ckappas = 0.03            ckappad = 0.03            acde    = 1             

    +moin    = 15              noff    = 0.9             voffcv  = 0.02          

    +kt1     = -0.11           kt1l    = 0               kt2     = 0.022           ute     = -1.5          

    +ua1     = 4.31e-009       ub1     = 7.61e-018       uc1     = -5.6e-011       prt     = 0             

    +at      = 33000         

    +fnoimod = 1               tnoimod = 0             

    +jss     = 0.0001          jsws    = 1e-011          jswgs   = 1e-010          njs     = 1             

    +ijthsfwd= 0.01            ijthsrev= 0.001           bvs     = 10              xjbvs   = 1             

    +jsd     = 0.0001          jswd    = 1e-011          jswgd   = 1e-010          njd     = 1             

    +ijthdfwd= 0.01            ijthdrev= 0.001           bvd     = 10              xjbvd   = 1             

    +pbs     = 1               cjs     = 0.0005          mjs     = 0.5             pbsws   = 1             

    +cjsws   = 5e-010          mjsws   = 0.33            pbswgs  = 1               cjswgs  = 3e-010        

    +mjswgs  = 0.33            pbd     = 1               cjd     = 0.0005          mjd     = 0.5           

    +pbswd   = 1               cjswd   = 5e-010          mjswd   = 0.33            pbswgd  = 1             

    +cjswgd  = 5e-010          mjswgd  = 0.33            tpb     = 0.005           tcj     = 0.001         

    +tpbsw   = 0.005           tcjsw   = 0.001           tpbswg  = 0.005           tcjswg  = 0.001         

    +xtis    = 3               xtid    = 3             

    +dmcg    = 0               dmci    = 0               dmdg    = 0               dmcgt   = 0             

    +dwj     = 0               xgw     = 0               xgl     = 0             

    +rshg    = 0.4             gbmin   = 1e-010          rbpb    = 5               rbpd    = 15            

    +rbps    = 15              rbdb    = 15              rbsb    = 15              ngcon   = 1    

    simulator lang=spectre

    ends NMOS2

    subckt PMOS2 (n3 n1 n4 n5)

    P0 (n3 n1 n4 n5) pmos l=45n w=90n delvto = Pdelvt0

    ends PMOS2

    N1 (3 1 0 0) NMOS2 

    N2 (3 2 0 0) NMOS2 

    P1 (3 1 4 5) PMOS2 

    P2 (4 2 5 5) PMOS2 

    vdd 5 0 vsource dc=1.1

    statistics {

    process{

    vary Ndelvt0 dist=gauss std=.3

    vary Pdelvt0 dist=gauss std=.4

    }

    mismatch{

    vary Ndelvt0 dist=gauss std=.3

    }

    }

    mc1 montecarlo variations=mismatch saveprocessparams=yes seed=100 numruns=1{

    mytran tran start=0 stop=10u step=.1u errpreset = conservative

    }

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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