第 2 章：将目标数据上传至数据库

来源：mystic_ug.pdf（W‑2024.09），Chapter 2 Uploading Target Data to Database。

本章说明如何把测量或 TCAD 目标数据上传到 TCAD→SPICE 流程数据库，供 Mystic 读取。重点包括数据对象结构、支持的文件格式，以及必需的元数据字段。

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2.1 上传流程概览

在标准 TCAD→SPICE 流程里，Mystic 通常运行在 Sentaurus Workbench (SWB) 中，且共享一个本地数据库。常见做法是：在 Mystic 工具之前放置一个 “TCAD to SPICE Python” 工具实例，负责预处理目标数据并上传到数据库。好处：

• 预先整理数据结构、单位与命名
• 绑定温度、实例参数等元数据，Mystic 可直接复用
• 统一保存到 SWB 项目数据库，后续各阶段都能访问

本章按文件类型（PLT、CSV 等）说明上传方法，并介绍 Mystic 使用元数据的方式。

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2.2 Data 类

Data 是 TCAD→SPICE Python 环境在运行时注入的自定义类，具备：

• 读写 PLT、CSV 文件
• 连接数据库，上传/下载数据集
• 对目标与仿真数据执行过滤、重采样、变换、误差计算

在 Mystic 环境中，Data 对象统一表示所有目标与仿真曲线，其结构直接用于生成后台 PrimeSim HSPICE 网表，以便在提取过程中复现实验或仿真条件。因此必须通过 metadata 字典补足温度、实例参数等信息，确保 PrimeSim HSPICE 的激励与目标一致。图 2 展示了一份标准的 Id‑Vg Data 对象示例。

2.2.1 结构与元数据

Data 对象包含：

• metadata 字典：固定偏置 (bias)、仿真温度 (temperature)、实例参数 (instances)、端点顺序 (nodes)，以及任意自定义字段（区分不同 DoE 条件时很有用）。
• 数据表格：通常为单一自变量扫描（如 vgate）与响应（如 idrain）。额外列可表示激励（stimulus）或偏置（bias），列名决定 Mystic 要生成的 PrimeSim HSPICE 仿真类型。

必填元数据：

字段	说明
bias	静态偏置，可从文件自动解析，也可显式提供（详见 2.3）。
temperature	单位开尔文，Mystic 会在内部转换为摄氏度。
nodes	必须与模型端点、偏置键名一致（如 drain/gate/source/substrate）。
instances	对应模型实例参数（示例：BSIM‑CMG 的 l、nfin）。可为空表示使用默认值。

nodes 列表中的条目需与模型端口和 bias 字典同名，如 drain、source、substrate；若某个电极（例如 gate）是扫描自变量，可以不在 bias 中出现。仿真温度必须以开尔文输入。instances 键值对需与 SPICE 模型的实例参数完全一致，若要沿用默认值可留空。Data 表格主体通常只有一个自变量扫描（如 vgate）和一个响应（如 idrain），但也能加入作为激励的动态列，主要用于瞬态仿真提取（参见 “Transient Simulation Extraction”，第 58 页）。

在读取文件时，Mystic 会自动添加两个占位列：一个用于 PrimeSim HSPICE 仿真数据，另一个用于逐点误差，提取过程中会填充。更多关于 Data 类 API 的细节，可参考 Mystic API 文档。

2.2.2 列名约定

列头需符合 Mystic 期望的记号，常见示例如下：

记号	解释
vgate, idrain	自变量（ivar）与响应（dvar）。
vcontact, icontact	通过 .data 语句施加/测量的电压或电流。
c(contact0,contact1)	小信号电容，激励输入端 contact0，在 contact1 测量。
time	瞬态仿真时间列。

若列名不符合规范，可在上传时提供 column_map 进行映射（见 2.4）。

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2.3 上传 PLT 文件

Sentaurus Device 的 PLT 文件是最常见的目标格式。典型流程：

ds = dbi.create_dataset(node_prj, "iv-data", clean=True)
metadata = {
  "temperature": 300,
  "instances": {"l": 27e-9, "nfin": 1},
  "nodes": ["drain", "gate", "source", "substrate"]
}
Data.from_plt("idvgld.plt", metadata=metadata, upload_ds=ds)

步骤说明：

1. 通过 dbi.create_dataset 在数据库创建存储位置（dbi 为数据库接口，详细说明可见 TCAD to SPICE Python API 文档）。
2. 构造元数据字典。PLT 中已包含静态/动态偏置，因此无需显式提供 bias。
3. 调用 Data.from_plt 读取文件并上传。内置解析器会把 Sentaurus 默认列名转换为 Mystic 格式，例如：
   • "contact OuterVoltage" → vcontact
   • "contact TotalCurrent" → icontact
4. 自变量/响应通常自动识别，如需可手动指定 ivar、dvar。

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2.4 上传 CSV 文件

CSV 更灵活，也支持更多来源数据，但需要额外信息来完成列名映射与偏置设置。图 3 所示的 Id‑Vg CSV 文件可作为示例：

ds = dbi.create_dataset(node_prj, "iv-data", clean=True)
metadata = {
  "temperature": 300,
  "instances": {"l": 27e-9, "nfin": 1},
  "nodes": ["drain", "gate", "source", "substrate"],
  "bias": {"drain": -0.05, "source": 0.0, "substrate": 0.0}
}
column_map = {
  "IdVg(-0.05) X": "vgate",
  "IdVg(-0.05) Y": "idrain"
}
Data.from_csv(
  "n1366_IdVg_-0.05.csv",
  metadata=metadata,
  column_map=column_map,
  upload_ds=ds
)

要点：

• CSV 不含偏置信息，因此在 metadata 中显式提供 bias，以补足漏掉的 drain/source/substrate 静态偏置。
• 使用 column_map 把自定义列头映射为 Mystic 识别的名称，并通过 column_map 参数交给 Data.from_csv。
• 上传后，数据库内的数据格式与 PLT 完全一致，可直接供 Mystic 后续提取使用；必要时仍可传入 ivar、dvar 进一步指定主从变量，或按需扩展到多组偏置与扫描。