深亞微米技術的發展,促使芯片設計與制造由分離IC向SoC轉變。混合信號設計可以減少成本,減小電路尺寸和外形,并提供更好的功能。芯片的驗證占芯片設計50%到70%的工作量,隨著芯片復雜度上升,驗證工作無論從復雜性或工作量上都在呈指數上升。因此,驗證技術是混合信號技術的關鍵所在。

對于國內的集成電路設計師來說,大多是采用傳統的方法,比如數字部分用HDL寫好,仿真,綜合,布局布線；模擬部分畫出電路圖,用Spice仿真,Layout。然后將兩部分拼接在一起。而真正的混合信號設計則需要真正結合數字和模擬,作整體上的考慮以及驗證,將面臨這樣的挑戰:行為級的數字與晶體管級的模擬的混合、HDL語言驅動的數字與Schematic邏輯圖驅動的模擬的混合、自上而下的數字與自下而上的模擬的混合,不再是數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。

二、Mentor Graphics混合信號設計解決方案

設計師在最近才開始注意到混合信號設計并嚴肅對待,但EDA公司已經先行多年,其中Mentor Graphics是第一個意識到這一點,并投入力量發展混合信號技術的EDA供應商。Advance MS(ADMS)即為其提供的混合驗證平臺。在了解ADMS之前,我們先來看看與ADMS相關的Mentor Graphics另外幾個工具。

1. 得到驗證的成熟技術
   

   
   

   (1) HDL仿真工具ModelSim
   

   ModelSim是目前最流行的數字仿真器,其成熟技術眾所周知,這里不作詳細介紹。
   

   
   

   (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,基本上都采用SPICE方法。現在流行的各種版本的SPICE,都是由UCB SPICE衍生而來。Eldo則是最近幾年的SPICE新星,由于在準確度、速度、容量、收斂性等各方面都擁有優勢,迅速崛起被各大設計廠商競相采用。Eldo研發組位于法國,在歐洲,基本上設計中使用的SPICE都是Eldo。最近Eldo開始在北美及亞洲地區推廣。
   

   
   

2. ADMS對傳統設計方法的顛覆ADMS是一個混合信號驗證平臺,內建集成了以上兩種工具的技術。對模擬電路部分,采用Eldo的仿真算法；對數字部分,采用ModelSim的仿真算法。但是,ADMS并不是這些工具簡單拼起來,它是僅有單一內核引擎的一個整體工具。更重要的是,對數字和模擬電路的接口部分的處理,是數模混合模擬技術的關鍵。ADMS根據電路的實際需要需要,自動在數字和模擬電路之間增添了許多ADC或DAC。傳統的數字設計流程和模擬設計流程被打散并重新組合,設計師可以在任何階段對電路進行驗證,數字設計和模擬設計通過ADMS組成一個整體。
   

   
   

   ADMS支持的語言達到了八種,即VHDL, Verilog,SPICE,VHDL-AMS,Verilog-AMS SystemVerilog,SystemC 以及C一共八種語言。輸入ADMS的文件不管其中的內容是HDL,是SPICE,還是C語言,ADMS都可以讀入,并自動進行處理,給出仿真結果。比如,在模擬電路中引入一個HDL描述的IP,或者是工具附帶的單元庫里的一個VHDL-AMS行為級描述的運放單元,各種語言可以不被察覺差異地組合到一起。
   

三、結論

ADMS可以說是唯一的真正意義上的混合仿真工具。經過多年的發展,ADMS已成為混合信號仿真的領先者,半導體業內前十名公司中,已有六家在使用ADMS；那么,究竟在什么樣的情況下,需要轉到混合信號設計呢？也許可以簡單的這樣描述:當使用HDL仿真器的數字電路設計工程師,面臨增長的模擬部分和模擬電路行為,苦于不足的模型以及仿真精度時；當使用SPICE或者FastSPICE的模擬電路設計工程師,面臨增長的數字復雜度以及大尺寸,苦于仿真速度過慢時。這個時候,采用混合信號設計,就可以提升設計速度和效率,以及設計水平,降低產品成本。

作者:倪亮

應用工程師

Mentor Graphics