片上误差（OCV）的来龙去脉

所谓OCV就是，On-Chip Variation ，即片上误差，ocv还分AOCV、POCV等。

在IC设计中，所有器件的GDS数据是一样的，但是在IC制造的时候，相同的GDS可能会选用不用的die。不同晶圆的die电气特性可能不一样，相同晶圆的不同位置的die的电气特性可能也不一样。

例如如下的三个位置的die分别位于晶圆的头部、腰部、臀部。

所以在一个晶圆内部，有数百个芯片，每个晶圆的每个die都不一样。或者，如果我们更深入地研究，我们会发现一个 IC 内部有数百万个晶体管，而单个 IC 中的所有晶体管都不相同。因此，即使在单个 IC 以及芯片同一批次内，晶体管的电气特性也会有所不同。现在一个重要的问题来了，所有这些变化是从哪里来的？这些变化的根本原因是什么？答案是制造过程本身是这些变化的主要原因。

OCV的根源

Variation的三个主要来源是过程、电压和温度。这些Variation统称为 PVT Variation。我们在设计 ASIC 时已经进行了 PVT 分析并处理了这些Variation，那么为什么我们需要单独处理 OCV？答案是，在 PVT 分析中不能考虑所有的Variation。其中一些是可预测的，可以随着技术的成熟而轻松建模，但其中一些是高度不可预测的，无法轻松建模。下图显示了 PVT 和 OCV 变体的各种组件。

在process variation中，有两种类型的variation，一种是systematic variation（系统偏差），另一种是non-systematic variation（非系统偏差）或random variation（随机偏差）。系统偏差源于光学接近校正 (Optical Proximity Corrections) 或化学机械策略 (Chemical Mechanical Policing)，它们在本质上是可预测的，并且可以在 PVT 变化中建模。非系统偏差来自随机掺杂剂波动 (Random Dopant Fluctuation)、线边缘粗糙度 (Line Edge Roughness) 或由于高度不可预测且不易建模的氧化物厚度变化 (Oxide Thickness Variations)。或者我们可以说这些偏差本质上是随机的。

在Voltage variation中，一种是由于外部电源电压的变化，另一种是由于芯片内部的电压变化。没有理想的电源电压，即使在电源电压设计中非常小心，电源电压也始终存在 2-5% 的偏差。这种类型的变化在 PVT 中得到了注意，但另一种类型的变化是由于内部 IR 压降造成的，并且不可能在 PVT 中建模，因为它本质上是随机的并且取决于设计。因此，我们需要注意 OCV 中的这种电压偏差。

如果我们谈论温度，那么有一个芯片运行的环境温度，另一个温度是晶体管的结温。结温是环境温度加上因芯片功耗而升高的温度之和。结温总是远高于环境温度，任何晶体管的特性主要取决于结温。在 PVT 中可以注意环境温度，但对于结温变化，我们需要在 OCV 中考虑。

Process Variations

线性区 NMOS 晶体管的漏极电流可以定义为：

其中 Id 是漏极电流，μn 是电子迁移率，εox 是氧化硅的介电常数，tox 是氧化物厚度，W 是晶体管的宽度，L 是晶体管的栅极长度，如下图所示。

在漏极电流方程中，取决于制造工艺的因素有：栅极氧化层厚度 (tox)、晶体管（W）、晶体管长度 (L)和晶体管的阈值电压。

因此，如果上述任何一个因素在制造过程中发生变化，都会影响漏极电流。单元的延迟取决于漏极电流，因此由于工艺变化，标准单元的延迟会发生变化。

光学接近校正 (OPC) 是一种在掩模生成之前应用于版图的过程，以便更好地复制晶圆上的版图。在这个过程中，一般来说，边缘的版图可以获得更好的良率。

光刻工艺是一种非理想工艺，很难在硅片上打印出精确的版图。因此，晶圆上的实际版图尺寸和打印的几何形状存在差异。

Process variation通常包括如下方面。光刻：光学接近校正 (OPC)、随机掺杂剂波动 (RDF)、线边缘粗糙度 (LER)。蚀刻：化学机械策略 (CMP)、氧化物厚度变化 (OTV)。

Voltage Variations

PVT 中会考虑外部电压变化，但根据设计，芯片中可能会发生内部电压变化。供电网络中可能会出现 IR 压降，这可能会导致cell的可用电压发生变化。

电源来自power pads/Bumps，并通过统称为电源传输网络 (PDN) 或电源网络的金属条和导轨分配到芯片内的所有标准单元。对于所有标准单元，power pads和标准单元之间的距离不可能相同。因此，根据设计，标准单元的可用 VDD 会有所不同。一个cell的延迟和可用的 VDD正相关，如果 VDD 越小延迟将越大。