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TSMC28HPC+ 原生工艺适配

English | 中文说明

文档状态：持续维护的适配指南。 当前范围是下文列出的 0.9 V core MOS wrapper 和分析链路，不代表完整 iPDK 支持。

tsmc28hpcp binding 在 circuitopt 内部直接求值用户本地已有许可的 TSMC 28HPC+ 模型。默认的 tsmc28hpcp.nmos / tsmc28hpcp.pmos 不会启动 ngspice：代码自行解析 HSPICE library 闭包、foundry MOS 宏和尺寸 bin，再由 项目内置的 Berkeley BSIM4.5 原生后端完成器件求值。

当前目标是 1d8 HSPICE deck 中的 0.9 V core nch_mac / pch_mac。foundry 文件只保存在本机，不提交到 Git；这避免误上传，但不会改变 license/NDA 约束。

模型入口

项目内标准可迁移入口是：

PDK/tsmc28hpcp/models/hspice/cln28hpcp_1d8_elk_v1d0_2p2.l

当前 core MOS 适配只需要这个主模型文件，不需要复制完整 iPDK delivery。 PDK/tsmc28hpcp/models/ 已被 Git 忽略。

外部安装可以使用：

export TSMC28_MODEL_DIR=/path/to/models/hspice
# 或
export TSMC28_PDK_ROOT=/path/to/iPDK_delivery

解析顺序为 TSMC28_MODEL_DIR、TSMC28_PDK_ROOT、项目内标准入口，最后是 PDK_ROOT/tsmc28hpcp。JSON 和 Python 源码中不记录任何电脑的绝对路径。

随代码提供的 Berkeley BSIM4.5 器件源码在构建期被编译进 circuitopt_core 扩展（由 co-bsim4 Rust crate 驱动构建），而不是运行时首次使用才编译。安装 发布好的 circuitopt-core wheel 完全不需要编译器；从源码构建它则需要一次 Rust 工具链（rustup）和 C 编译器：maturin develop --release -m rust/crates/co-py/Cargo.toml。正常仿真不需要 ngspice。

JSON 绑定

{
  "devices": [
    {"name": "MN", "drain": "OUT", "gate": "IN", "source": "GND", "W": 1.0, "L": 0.03},
    {"name": "MP", "drain": "OUT", "gate": "IN", "source": "VDD", "W": 2.0, "L": 0.03}
  ],
  "models": {
    "MN": {"pdk": "tsmc28hpcp", "model": "nmos",
           "section": "inherit", "bin": "auto"},
    "MP": {"pdk": "tsmc28hpcp", "model": "pmos",
           "section": "inherit", "bin": "auto", "vb": 0.9}
  },
  "bias": {"VDD": 0.9}
}
  • W、L 单位为 µm。
  • NF 原生传给 foundry macro，不在 wrapper 外重复缩放。
  • PMOS bulk 通常显式设置为 core 电源 vb=0.9。
  • 支持 tt、ss、ff、sf、fs；nom 是 tt 别名。
  • temperature 单位为 K。
  • 单管阈值失配通过 macro 的 _delvto 参数传入。

分析覆盖

原生路径支持：

  • 非线性 DC 和完整四端工作点电流；
  • AC/PAC 的四端电导与电荷线性化；
  • Noise/PNoise 的四端相关白噪声和 flicker 噪声矩阵；
  • 电荷守恒的 backward-Euler 与 Gear2 瞬态；
  • 带解析四端 monodromy 的 PSS shooting；
  • PAC 谐波转换与 PNoise 周期噪声折叠。

PNoise 会保留端口间相关性，并从模型中提取 flicker 指数，不再把所有器件都固定 假设为严格 1/f。

ngspice 只保留为独立 oracle。需要交叉核对时，显式使用 tsmc28hpcp_ngspice.nmos / tsmc28hpcp_ngspice.pmos，或调用 circuitopt.ngspice_ac 中的完整电路 helper。只有这条 oracle 路径需要 NGSPICE_BIN。

当前代码负责电路仿真和优化，不负责 Cadence library 导入、版图、DRC/LVS、PEX、 可靠性检查或 tapeout sign-off；这些仍应使用官方 iPDK 与 foundry 认可的工具。

5T OTA 验证

验证电路严格只有五只 MOS，不含 ADC/CDAC：

python experiments/tsmc28_5t_ota_compare.py \
  --output /tmp/tsmc28_5t_compare.json
pytest -q tests/test_tsmc28_5t_ota.py

脚本用同一份 TSMC28 5T OTA 分别运行原生后端和显式 ngspice oracle，对比五只管子的 Id/gm/gds、差分 AC、1 kHz 到 10 GHz 输出积分噪声，以及 2 mV 差分输入阶跃 瞬态。报告内置固定验收阈值，并给出顶层 passed 标志。