利用ADMS平臺加速混合信號集成電路設計

1、利用ADMS平臺加速混合信號集成電路設計    越來越多的設計正向混合信號發(fā)展，IBS公司預測顯示，到2006年所有集成電路設計中有73%將為混合信號設計。目前混合信號技術(shù)成為EDA業(yè)內(nèi)最為熱門的話題。深亞微米及納米技術(shù)的發(fā)展促使芯片設計與制造由單個IC、ASIC向SoC轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在SoC也由數(shù)字SoC全面轉(zhuǎn)向混合SoC，成為真正意義上的系統(tǒng)級芯片?；旌闲盘栐O計可以減少成本，減小電路外形尺寸，并提供更好的功能。 芯片驗證占芯片設計50%到70%的工作量，大量的人力、硬件以及時間資源都消耗在驗證上。隨著芯片復雜度上升，驗證工作無論從復雜性或工作量上

2、都在呈指數(shù)上升。因此，驗證技術(shù)是混合信號技術(shù)的關(guān)鍵所在。 人們很難明確區(qū)分具備少許數(shù)字功能的模擬芯片或能夠?qū)崿F(xiàn)某些模擬功能的數(shù)字芯片與混合信號芯片的區(qū)別。即使在工藝上，模擬芯片也越來越多采用CMOS工藝取代傳統(tǒng)的BiCMOS工藝?；旌闲盘柤呻娐返臉藴蕬撌撬跀?shù)字和模擬方面都具備重要功能，而不簡單的是在數(shù)字芯片中嵌有一些模擬電路或者模擬芯片中嵌入一些數(shù)字電路。 對于中國的集成電路設計師來說，混合信號設計的概念雖然早已有之，但真正使用混合信號設計的技術(shù)并不多，大多只是采用傳統(tǒng)的方法，比如數(shù)字部分用HDL寫好，然后進行仿真、綜合、布局布線；模擬部分畫出電路圖，用Spice仿真

3、在進行版圖設計；最后將兩部分拼接在一起。而真正的混合信號設計需要結(jié)合數(shù)字和模擬，作整體上的考慮以及驗證，需要更靈活的設計思路。 混合信號SoC設計面臨這樣的挑戰(zhàn)：行為級的數(shù)字與晶體管級的模擬的混合、HDL語言驅(qū)動的數(shù)字與原理圖驅(qū)動的模擬的混合、自上而下的數(shù)字與自下而上的模擬的混合。它不再是傳統(tǒng)的數(shù)字設計或者傳統(tǒng)的模擬設計，也不是數(shù)字設計與模擬設計的簡單疊加，混合信號設計提出了新的設計概念，必須使用全新的設計流程。 ADMS解決方案 EDA公司已充分意識到這一技術(shù)需求，領先的三大供應商Mentor Graphics、Synopsys和Cadence在幾年前就開始整合

4、或研發(fā)模擬和混合信號工具和技術(shù)。下面我們以Mentor Graphics的混合驗證平臺Advance MS(ADMS)為例說明它是如何解決混合信號設計難題的。 在了解ADMS之前，我們先來看看與ADMS相關(guān)的幾個EDA設計工具。 1. HDL仿真工具ModelSim ModelSim是目前最流行的數(shù)字仿真器，早已被中國用戶所熟悉，其成熟技術(shù)眾所周知，這里不作具體介紹。 2. SPICE仿真工具Eldo 模擬電路設計最重要的部分即在電路仿真部分。SPICE的全稱為Simulation Program on IC Emphasis，由美國加州大學伯

5、克萊分校創(chuàng)建于上世紀70年代，從此成為電路仿真的經(jīng)典方法，現(xiàn)在的電路仿真基本上都采用SPICE方法。SPICE程序是公開源碼的，現(xiàn)在流行的各種版本SPICE都是由UCB SPICE衍生而來。HSPICE開發(fā)于1981年，是第一個成功的商用SPICE。Eldo則是最近幾年的SPICE新星，其研發(fā)組位于法國，在歐洲，基本上設計中使用的SPICE都是Eldo，最近Eldo也開始在北美及亞洲地區(qū)推廣。 評價一個仿真器可以從準確度、速度、容量、收斂性、控制界面、功能以及工藝廠商的支持等方面進行。 第一，準確度。Eldo通過基爾霍夫電流約束進行全局檢查，對收斂嚴格控制，保證了精度。El

6、do在傳統(tǒng)SPICE使用的牛頓拉普森(即NR)算法外，增加了OSR和IEM算法，新算法使得Eldo比傳統(tǒng)SPICE更為精確。 第二，速度。Eldo使用的新算法還增加了仿真速度，仿真速度達到一般SPICE的3到10倍。Eldo還可以對不同的電路子模塊采用不同的算法，比如對數(shù)字電路模塊采用速度快得多的OSR算法，大大提升了速度。尤其值得一提的是，Eldo本身還支持行為級的描述。從這個意義上看，Eldo不僅僅是一個SPICE，還是一個混合仿真器。 第三，容量。Eldo可以仿真大規(guī)模的電路，最大可以達到30萬個晶體管。 第四，收斂性。在收斂性上，Eldo采用了先進的技術(shù)如

7、DC convergence引入的分割概念(在不收斂時對電路自動進行分割再組合，更改了Matrix)，提升了收斂性。 第五，控制界面。Eldo的使用相當簡單。Eldo可以單獨使用(即命令行方式)，也可以集成到電路圖編輯工具環(huán)境中，如Mentor Graphics的DA IC或者Cadence的Schematics Composer中。Eldo的輸入文件格式可以是標準的SPICE，也可以是HSPICE的格式。事實上，HSPICE的輸入文件，包括網(wǎng)表、控制語句、庫文件，不需要經(jīng)過任何修改，即可由Eldo進行仿真。此外關(guān)于控制界面，Eldo還具有一個Shell，通過這個Shell，用戶可以中斷正在進行中的仿真，進行數(shù)據(jù)交換，調(diào)整仿真條件或參數(shù)設置，與Eldo進行互動。這樣解決了仿真一旦運行就不能進行任何控制的問題。 第六，功能。除了提供其它SPICE幾乎全部的功能外，Eldo本身擁有自己獨特的功能。Eldo擁有全面的分析功能，還可以進行各種參數(shù)的掃描。Eldo還可以進行RC Reduction、保存與續(xù)仿真等等功能。 第七，工藝廠商支持。電路仿真離不開具體工藝線的實際情況，SPICE程序必須得到工藝廠商的