Cadence VDR Sanity Checker：版图电压标签一致性检查工具

在使用电压相关规则（Voltage Dependent Rules, VDR）进行版图设计时，准确标注电压信息至关重要。Cadence Virtuoso 提供的 VDR Sanity Checker 工具能够自动验证版图电压标签的一致性，帮助设计人员快速发现电压标注错误，确保设计质量。本文将详细介绍这一工具的功能、使用方法及其检查能力。

应用背景

为什么需要电压标签验证？

在先进工艺节点的模拟/混合信号 IC 设计中，电压相关规则（VDR）变得越来越重要：

工艺约束：不同电压域之间的间距规则不同
可靠性要求：电压差异会影响氧化层厚度、金属间距等设计规则
复杂性增加：多电压域设计中，手动标注电压标签容易出错
验证需求：需要确保版图标签与原理图定义的电压值一致

常见问题

版图中电压标签缺失或不完整
标签电压值与原理图不匹配
同一网络在不同层上标注了不同的电压值（本文重点关注）
电压域边界处的标注错误

VDR Sanity Checker 工具介绍

适用版本

IC 6.1.8.500.2 及以上
ICADVM18.1.500.2（ISR2） 及以上

菜单路径

Virtuoso XL Layout Editor → Tools → Voltage Dependent Rules → Sanity Checker

前置条件

[!IMPORTANT] 必须在约束管理器（Constraint Manager）中指定正确的约束组（Constraint Group），否则该菜单将显示为灰色（不可用状态）。

envSetVal("layout" "vdrConstraintGroupName" 'string "VDR_CG")

如何定义约束组？

VDR 约束组必须在技术库文件（Technology File）中定义。约束组的作用是告诉 Sanity Checker：

哪些层（Layer-Purpose Pairs）是用来标记电压的
这些电压标记层对应哪些物理网络层

定义步骤

步骤 1：导出技术库

File → Export → Technology File

选择 ASCII 格式导出技术库文件。

步骤 2：编辑 constraintGroups 部分

在技术库文件中添加或编辑约束组定义。根据 Virtuoso Technology Data Constraints Reference 验证的官方语法：

constraintGroups(
  ( "VDR_CG"
    spacings(
      ; 定义电压标签映射 - 每个物理层需要单独定义
      ( voltageLabelMapping "text" 'layer "metal1" 'purpose "drawing" )
      ( voltageLabelMapping "text" 'layer "metal2" 'purpose "drawing" )
      ( voltageLabelMapping "text" 'layer "metal3" 'purpose "drawing" )
      ( voltageLabelMapping "text" 'layer "metal4" 'purpose "drawing" )
      
      ; 定义错误标记层 - 在 y0/drawing 层生成 Marker
      ( voltageMarkerMapping "y0" 'layer "metal1" 'purpose "drawing" )
      ( voltageMarkerMapping "y0" 'layer "metal2" 'purpose "drawing" )
      ( voltageMarkerMapping "y0" 'layer "metal3" 'purpose "drawing" )
      ( voltageMarkerMapping "y0" 'layer "metal4" 'purpose "drawing" )
    )
  )
)

语法说明：

voltageLabelMapping：
```
( voltageLabelMapping tx_layer 'layer t_layer 'purpose t_purpose [t_voltage] )
```
- tx_layer：电压标签放置的层（如 "text"）
- 'layer t_layer：目标物理层（如 "metal1"）
- 'purpose t_purpose：目标层的 purpose（如 "drawing"）
- t_voltage（可选）："minVoltage" 或 "maxVoltage"
voltageMarkerMapping：
```
( voltageMarkerMapping tx_layer 'layer t_layer 'purpose t_purpose )
```
- 定义当发现电压不一致时，在哪个层生成 Marker 标记

[!IMPORTANT] 关键要点：如果要将一个标签层（如 text/drawing）映射到多个物理层，必须为每个物理层单独定义一条映射规则，不能使用嵌套列表。

步骤 3：重新导入技术库

File → Import → Technology File

将修改后的 ASCII 技术库文件重新编译到设计库中。

步骤 4：在启动文件中设置环境变量

在 .cdsinit 或启动文件中添加：

; 设置 VDR 约束组名称
envSetVal("layout" "vdrConstraintGroupName" 'string "VDR_CG")

验证配置

重启 Virtuoso Layout Editor 后：

打开版图编辑器
检查菜单：Tools → Voltage Dependent Rules → Sanity Checker
如果菜单可用（不是灰色）→ 配置成功 ✓
如果菜单灰色（不可用）→ 检查：
- 约束组名称是否与技术库中定义的一致
- 技术库是否成功导入
- 环境变量是否正确设置

核心功能与检查能力

两种检查模式

VDR Sanity Checker 提供两种主要的对比验证模式：

1. Check Against Schematic（对比原理图）

功能：将版图上的电压标签与原理图中定义的网络电压进行对比。

工作原理：

读取原理图中每个网络的电压属性（通常来自仿真电压定义）
检查版图上对应网络的所有电压标签
对比标签值与原理图定义值是否一致

典型应用场景：

验证版图标注是否正确反映了电路设计意图
在原理图驱动的设计流程中进行最终验证

2. Check Against Layout（对比版图网络属性）

功能：将版图上的电压标签与版图自身定义的网络电压属性进行对比。

工作原理：

读取版图中每个网络的物理电压属性
扫描该网络上所有电压标识层的标签
验证所有标签是否与网络属性一致

典型应用场景：

纯版图设计流程（无原理图）
验证电压传播（Voltage Propagation）结果的正确性

关键检查能力：多标签冲突检测

[!NOTE] 重要发现：VDR Sanity Checker 可以检测出同一个 NET 上多个电压标识层标注不一致的情况。

检测机制

当同一个网络在不同的电压标识层（Voltage Marker Layers）上被标注了不同的电压值时：

标签数量检查：工具会检查每个网络的标签数量是否符合预期（通常每个网络应有一个 Vmax 和一个 Vmin 标识）
标签值一致性检查：如果存在多个标签，工具会验证它们是否彼此一致
与参考值对比：至少有一个标签会与该网络的参考电压（原理图或版图定义）不匹配

警告信息：VDR-5005

当检测到标签异常时，Sanity Checker 会触发 VDR-5005 警告：

*(WARNING)* (VDR-5005): Nets either do not have correct number of 
voltage labels or are labeled with incorrect voltage values.

该警告明确指出两类问题：

电压标签数量不正确
电压标签的值不正确

使用方法

步骤 1：配置约束组

确保已按照上述”如何定义约束组？“章节的说明完成以下配置：

✓ 在技术库中定义了约束组（如 VDR_CG）
✓ 设置了环境变量 vdrConstraintGroupName
✓ 菜单 Tools → Voltage Dependent Rules → Sanity Checker 显示为可用状态

步骤 2：打开 Sanity Checker

打开版图编辑器（Virtuoso XL）
选择菜单：Tools → Voltage Dependent Rules → Sanity Checker
界面应显示可用（非灰色）

步骤 3：选择检查模式

在 Sanity Checker GUI 中：

勾选 “Check Against Schematic”：对比原理图电压
或勾选 “Check Against Layout”：对比版图网络属性
可同时勾选两者进行双重验证

步骤 4：运行检查

点击 Apply 按钮，工具开始扫描并验证所有网络的电压标签。

步骤 5：查看结果

CIW 报告

在 CIW（命令解释窗口）中会生成详细的报告表格：

Net Name	Net Voltage (Vmin/Vmax)	Label Voltage (Vmin/Vmax)	Status
VDD	0.0 / 1.2	0.0 / 1.2	✓ OK
VSS	0.0 / 0.0	0.0 / 0.0	✓ OK
VDDIO	0.0 / 1.8	0.0 / 2.5	✗ Mismatch

版图 Marker

工具会在版图中不匹配的电压标签位置自动生成 Marker
Marker 会注明错误原因，例如：
- Vmax Label Mismatch: Expected 1.8V, Found 2.5V
- Missing Vmin Label
- Duplicate Voltage Labels with Different Values

示例输出

在 CIW 窗口中会显示类似以下的警告信息：

*(WARNING)* (VDR-5005): Nets either do not have correct number of 
voltage labels or are labeled with incorrect voltage values.

The following nets have voltage label mismatches:
- Net: VDDIO
  Expected: Vmin=0.0V, Vmax=1.8V
  Found label with: Vmax=2.5V at layer M2_VLABEL

[!NOTE] 具体的输出格式可能因版本而异。可以通过设置 vdrSanityCheckerLogFile 环境变量将报告重定向到日志文件。

多层支持

Sanity Checker 会扫描技术库 voltageMarkerMapping 中定义的所有电压标识层：

; 技术库示例配置
voltageMarkerMapping(
  (M1_VLABEL "M1" "vlabel")
  (M2_VLABEL "M2" "vlabel")
  (M3_VLABEL "M3" "vlabel")
)

只要这些层被定义为电压标识层，工具就会自动检查分布在不同金属层上的所有标签。

典型应用场景示例

场景 1：发现标签缺失

问题：设计人员在版图中添加了网络，但忘记标注电压标签。

Sanity Checker 输出：

WARNING (VDR-5005): Net 'AVDD_CORE' has no voltage labels.
Expected: Vmin=0.0V, Vmax=1.0V

场景 2：检测标签值错误

问题：手动输入电压值时出现笔误，将 1.8V 输入为 1.5V。

Sanity Checker 输出：

WARNING (VDR-5005): Net 'VDDIO' has incorrect Vmax label.
Expected: 1.8V, Found: 1.5V
Marker generated at (125.6, 180.2)

场景 3：检测多层标签冲突（重点场景）

问题：设计人员在 M1 层标注了 1.8V，在 M3 层标注了 2.5V，同一网络出现冲突。

Sanity Checker 输出：

WARNING (VDR-5005): Net 'VDDIO' has conflicting voltage labels.
  - M1_VLABEL: Vmax=1.8V
  - M3_VLABEL: Vmax=2.5V
  - Schematic defines: Vmax=1.8V

Both labels flagged with markers. M3 label is incorrect.

最佳实践

1. 早期验证

在版图设计的各个阶段定期运行 Sanity Checker，而不是等到设计完成后才检查。

2. 结合约束管理器

确保约束组正确配置，包括：

电压值定义
网络电压属性
标识层映射

3. 环境变量配置

可以通过设置环境变量来控制 Sanity Checker 的行为：

; 设置约束组名称
envSetVal("layout" "vdrConstraintGroupName" 'string "VDR_CG")

; 设置日志文件路径（可选）
envSetVal("layout" "vdrSanityCheckerLogFile" 'string "/path/to/sanity_check.log")

; 设置检查对象类型（Labels, VSync shapes, Userdv shapes）
envSetVal("layout" "vdrSanityCheckerObjectType" 'string "Labels")

通过 SKILL 调用 GUI：

; 打开 Sanity Checker GUI
vdrSanityCheckerGUI(getCurrentWindow())

4. 版本控制集成

将 Sanity Check 纳入版本提交前的检查流程，确保所有入库的版图都通过了电压标签验证。

技术原理

电压标识层（Voltage Marker Layer）

电压标识层是在技术库中定义的特殊图层，用于承载电压信息：

Purpose：通常为 vlabel 或 voltage
数据类型：文本标签（Label）
格式：Vmin=<value>V Vmax=<value>V

检查算法

VDR Sanity Checker 的基本检查流程：

graph TD
    A[开始检查] --> B[读取约束组]
    B --> C[获取所有网络]
    C --> D{选择检查模式}
    D -->|Against Schematic| E[读取原理图电压]
    D -->|Against Layout| F[读取版图网络属性]
    E --> G[扫描版图电压标签]
    F --> G
    G --> H{标签数量检查}
    H -->|数量异常| I[生成 VDR-5005 警告]
    H -->|数量正常| J{标签值检查}
    J -->|值不匹配| I
    J -->|多标签冲突| I
    J -->|全部正确| K[通过验证]
    I --> L[生成 Marker]
    L --> M[输出报告]
    K --> M
    M --> N[结束]

容差处理

Sanity Checker 支持设置电压对比的容差（tolerance）来过滤微小差异：

数据类型：浮点数（float）
默认值：0.00（如果不指定）
可配置：通过约束管理器中的 tolerance 参数设置
用途：过滤由于仿真精度导致的微小电压差异

常见问题解答

Q1: Sanity Checker 菜单显示为灰色，无法使用？

A: 按以下顺序检查配置：

检查环境变量设置

; 在 CIW 中执行
envGetVal("layout" "vdrConstraintGroupName")
; 应该返回您定义的组名，如 "VDR_CG"

检查技术库中的约束组定义
- 导出技术库查看 constraintGroups 部分是否包含该组
- 确认组名与环境变量设置一致
验证语法正确性
- 确保使用了 spacings() 块
- 每个物理层映射单独定义，没有使用嵌套列表
- 使用了 'layer 和 'purpose 关键字
重新导入技术库
- 修改后需要重新导入技术库
- 重启 Virtuoso Layout Editor

Q2: 工具可以检测哪些类型的电压标签错误？

A: VDR Sanity Checker 可以检测：

✓ 标签缺失
✓ 标签值与参考值不匹配
✓ 标签数量异常（多于或少于预期）
✓ 同一网络多个标签之间的冲突
✓ 标签格式错误

Q3: 如果版图和原理图的电压都不对怎么办？

A: Sanity Checker 会报告两者之间的差异，但无法判断哪个是”正确”的。设计人员需要：

检查仿真设置中的电压定义
与设计规范对比
手动确认正确的电压值

Q4: 多个标签冲突时，工具会标记所有冲突的标签吗？

A: 是的。工具会在所有不匹配或相互冲突的标签位置生成 Marker，并在报告中列出所有标签的具体位置和值。

Q5: 这个工具与 LVS 检查有什么区别？

LVS（Layout vs Schematic）：验证版图与原理图的拓扑一致性（器件、连接关系）
VDR Sanity Checker：专注于验证电压标签的正确性，属于设计规则检查（DRC）的扩展

两者互补，都是版图验证流程的重要组成部分。

参考资料

Cadence Support - How to enable Sanity Checker menu
Virtuoso Technology Data Constraints Reference - voltageMarkerMapping
Cadence Virtuoso Voltage Dependent Rules Flow Guide

总结

Cadence VDR Sanity Checker 是一个强大而实用的工具，能够自动化验证版图电压标签的一致性。特别是在检测同一网络多个标识层标注不一致方面，它通过 VDR-5005 警告和可视化 Marker 精准定位问题，大大提高了设计效率和准确性。

在实际项目中，建议将 Sanity Check 集成到标准验证流程中，结合约束管理器和自动化脚本，确保所有电压标签的正确性，从而保证设计的可靠性。

延伸阅读：

Cadence VDR Sanity Checker：版图电压标签一致性检查工具

应用背景

为什么需要电压标签验证？

常见问题

VDR Sanity Checker 工具介绍

适用版本

菜单路径

前置条件

如何定义约束组？

定义步骤

验证配置

核心功能与检查能力

两种检查模式

1. Check Against Schematic（对比原理图）

2. Check Against Layout（对比版图网络属性）

关键检查能力：多标签冲突检测

检测机制

警告信息：VDR-5005

使用方法

步骤 1：配置约束组

步骤 2：打开 Sanity Checker

步骤 3：选择检查模式

步骤 4：运行检查

步骤 5：查看结果

CIW 报告

版图 Marker

示例输出

多层支持

典型应用场景示例

场景 1：发现标签缺失

场景 2：检测标签值错误

场景 3：检测多层标签冲突（重点场景）

最佳实践

1. 早期验证

2. 结合约束管理器

3. 环境变量配置

4. 版本控制集成

技术原理

电压标识层（Voltage Marker Layer）

检查算法

容差处理

常见问题解答

Q1: Sanity Checker 菜单显示为灰色，无法使用？

Q2: 工具可以检测哪些类型的电压标签错误？

Q3: 如果版图和原理图的电压都不对怎么办？

Q4: 多个标签冲突时，工具会标记所有冲突的标签吗？

Q5: 这个工具与 LVS 检查有什么区别？

参考资料

总结

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