原创 混合信号设计的难点与解决(转载)

作者：倪亮

        深亚微米技术的发展，促使芯片设计与制造由分离IC向SoC转变。混合信号设计可以减少成本，减小电路尺寸和外形，并提供更好的功能。芯片的验证占芯片设计50%到70%的工作量，随着芯片复杂度上升，验证工作无论从复杂性或工作量上都在呈指数上升。因此，验证技术是混合信号技术的关键所在。     

        对于国内的集成电路设计师来说，大多是采用传统的方法，比如数字部分用HDL写好，仿真，综合，布局布线；模拟部分画出电路图，用Spice仿真，Layout。然后将两部分拼接在一起。而真正的混合信号设计则需要真正结合数字和模拟，作整体上的考虑以及验证，将面临这样的挑战：行为级的数字与晶体管级的模拟的混合、HDL语言驱动的数字与Schematic逻辑图驱动的模拟的混合、自上而下的数字与自下而上的模拟的混合，不再是数字设计与模拟设计的简单叠加。混合信号设计提出了新的设计概念，必须使用全新的设计流程。

二、Mentor Graphics混合信号设计解决方案

        设计师在最近才开始注意到混合信号设计并严肃对待，但EDA公司已经先行多年，其中Mentor Graphics是第一个意识到这一点，并投入力量发展混合信号技术的EDA供应商。Advance MS(ADMS)即为其提供的混合验证平台。在了解ADMS之前，我们先来看看与ADMS相关的Mentor Graphics另外几个工具。

        得到验证的成熟技术     

        1) HDL仿真工具ModelSim ModelSim是目前最流行的数字仿真器，其成熟技术众所周知，这里不作详细介绍。

        2) SPICE仿真工具Eldo

        模拟电路设计最重要的部分即在电路仿真部分，基本上都采用SPICE方法。现在流行的各种版本的SPICE，都是由UCB SPICE衍生而来。Eldo则是最近几年的SPICE新星，由于在准确度、速度、容量、收敛性等各方面都拥有优势，迅速崛起被各大设计厂商竞相采用。Eldo研发组位于法国，在欧洲，基本上设计中使用的SPICE都是Eldo。最近Eldo开始在北美及亚洲地区推广。

        ADMS对传统设计方法的颠覆ADMS是一个混合信号验证平台，内建集成了以上两种工具的技术。对模拟电路部分，采用Eldo的仿真算法；对数字部分，采用ModelSim的仿真算法。但是，ADMS并不是这些工具简单拼起来，它是仅有单一内核引擎的一个整体工具。更重要的是，对数字和模拟电路的接口部分的处理，是数模混合模拟技术的关键。ADMS根据电路的实际需要需要，自动在数字和模拟电路之间增添了许多ADC或DAC。传统的数字设计流程和模拟设计流程被打散并重新组合，设计师可以在任何阶段对电路进行验证，数字设计和模拟设计通过ADMS组成一个整体。 ADMS支持的语言达到了八种,即VHDL, Verilog，SPICE，VHDL-AMS，Verilog-AMS SystemVerilog，SystemC 以及C一共八种语言。输入ADMS的文件不管其中的内容是HDL，是SPICE，还是C语言，ADMS都可以读入，并自动进行处理，给出仿真结果。比如，在模拟电路中引入一个HDL描述的IP，或者是工具附带的单元库里的一个VHDL-AMS行为级描述的运放单元，各种语言可以不被察觉差异地组合到一起。          

三、结论     

         ADMS可以说是唯一的真正意义上的混合仿真工具。经过多年的发展，ADMS已成为混合信号仿真的领先者，半导体业内前十名公司中，已有六家在使用ADMS；那么，究竟在什么样的情况下，需要转到混合信号设计呢？也许可以简单的这样描述：当使用HDL仿真器的数字电路设计工程师，面临增长的模拟部分和模拟电路行为，苦于不足的模型以及仿真精度时；当使用SPICE或者FastSPICE的模拟电路设计工程师，面临增长的数字复杂度以及大尺寸，苦于仿真速度过慢时。这个时候，采用混合信号设计，就可以提升设计速度和效率，以及设计水平，降低产品成本。