關于數(shù)字模擬電路的設計流程

系統(tǒng)功能描述主要確定集成電路規(guī)格并做好總體設計方案。其中，系統(tǒng)規(guī)范主要是針對整個電子系統(tǒng)性能的描述，是系統(tǒng)最高層次的抽象描述，包括系統(tǒng)功能、性能、物理尺寸、設計模式、制造工藝等。功能設計主要確定系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方案，通常是給出系統(tǒng)的時序圖及各子模塊之間的數(shù)據流圖，附上簡單的文字，這樣能更清晰的描述設計功能和內部結構。

為了使整個設計更易理解，一般在描述設計可見功能之后，對系統(tǒng)內部各個模塊及其相互連接關系也進行描述。描述從系統(tǒng)應用角度看，需要說明該設計適用場合、功能特性、在輸入和輸出之間的數(shù)據變換。

邏輯設計是將系統(tǒng)功能結構化。通常以文本、原理圖、邏輯圖表示設計結果，有時也采用布爾表達式來表示設計結果。依據設計規(guī)范完成模塊寄存器傳輸級代碼編寫，并保證代碼的可綜合、清晰簡潔、可讀性，有時還要考慮模塊的復用性。隨后進行功能仿真和FPGA 驗證，反復調試得到可靠的源代碼。其中，還要對邏輯設計的RTL 級電路設計進行性能及功能分析，主要包括代碼風格、代碼覆蓋率、性能、可測性和功耗評估等。

電路設計大體分為邏輯實現(xiàn)、版圖前驗證和版圖前數(shù)據交付三個階段。邏輯實現(xiàn)將邏輯設計表達式轉換成電路實現(xiàn)，即用芯片制造商提供的標準電路單元加上時間約束等條件，使用盡可能少的元件和連線完成從RTL描述到綜合庫單元之間的映射，得到一個在面積和時序上滿足需求的門級網表。

時鐘樹插入也將在邏輯實現(xiàn)中完成，插入時鐘樹后，再進行邏輯綜合、功耗優(yōu)化和掃描鏈插入后得到門級網表，并通過延遲計算得到相關標準延時格式(SDF)文件。版圖前驗證利用邏輯實現(xiàn)得到的相關門級網表和SDF文件，進行門級邏輯仿真和測試綜合，包括靜態(tài)時序仿真、動態(tài)仿真、功耗分析、自動測試圖形生成等，經過版圖前驗證得到的電路設計門級網表必須要滿足一定的時序/功耗約束要求。

物理設計就是版圖設計。將綜合得到的網表和時序約束文件導入EDA軟件中，進行布局布線，生成符合設計要求的Layout,在完成了全部的Layout之后，利用相關提取軟件進行寄生參數(shù)提取，并重新反饋到物理實現(xiàn)的布局布線軟件中，進行時序計算和重新優(yōu)化，直得到滿意的時序結果為止。

這時可以生產包含精確寄生信息的SDF文件，與布局布線后生成的網表一道進行時序分析。時序分析通過后，就可以導出布局布線后的GDS格式的版圖數(shù)據，供后續(xù)流程使用。在版圖設計完成之后，非常重要的一步工作就是版圖驗證。版圖驗證保證了芯片依照其設計功能準確無誤地實現(xiàn)，主要包括設計規(guī)則檢查(DRC)、電路版圖對照檢查(LVS)、版圖的電路提取(NE)、電學規(guī)則檢查(ERC)和寄生參數(shù)提取(PE)。

芯片設計十分值得大家關注，為保證芯片設計的正確性，我們應當了解每一個芯片設計流程。本文，將向大家簡單介紹芯片設計流程中的模擬集成電路設計，希望大家通過本文對芯片設計的模擬集成電路設計有個模糊認識。其中每個步驟的具體做法，小編將在后續(xù)文章中為大家介紹。

早在20世紀80年代初期，就有人預言模擬電路即將消失。當時，數(shù)字信號處理算法的功能日益增強，而VLSI技術的發(fā)展又使得在一塊芯片上集成數(shù)百萬、上千萬個晶體管成為可能。由于這些算法可以在硅片上緊湊而有效的實現(xiàn)，所以許多傳統(tǒng)上采用模擬電路形式來實現(xiàn)的功能很容易在數(shù)字領域內完成，例如，數(shù)字音頻和無線蜂窩電話。

完成一個模擬集成電路的設計，需要多個步驟，具體包括：①規(guī)格定義;②電路結構選擇以及工藝確定;③具體電路設計;④電路仿真;⑤版圖設計;⑥版圖驗證;⑦后仿真?；旌?a target="_blank">信號集成電路設計對數(shù)字電路和模擬電路做整體上的考慮以及驗證，這將面臨許多挑戰(zhàn)和困難。

傳統(tǒng)的混合信號集成電路設計是采用有底向上的方法，用SPICE 等電路仿真器對混合電路中的模擬元件進行設計，用數(shù)字電路仿真器對數(shù)字電路部分進行仿真。然后通過手工建立網表，對數(shù)字和模擬電路的協(xié)同工作進行設計驗證。然而，模擬電路和數(shù)字電路之間協(xié)同工作的驗證比較困難，因此用這種傳統(tǒng)設計方法仿真和驗證整個混合電路系統(tǒng)既費時，又不精確，特別對于復雜度越來越大的系統(tǒng)而言，這種缺陷更顯突出。

隨著EDA 技術的飛速發(fā)展，混合信號集成電路設計推進到了自頂向下的設計流程。該流程同數(shù)字系統(tǒng)自頂向下的流程相似，但與純數(shù)字系統(tǒng)的結構有所不同，這是因為混合系統(tǒng)模擬部分仍然需要自底向上的設計，需要更多的時間和豐富的知識與經驗。因此，研究如何采用通用的設計方法和共有的約束與資源來建立混合系統(tǒng)，是十分有價值的。

混合信號集成電路的基本設計流程主要包括設計規(guī)劃、系統(tǒng)級設計、模擬電路/數(shù)字電路劃分、電路級設計與仿真、版圖級設計與仿真等。研究和開發(fā)混合信號集成電路首先應從市場需求出發(fā)，選定一個研究開發(fā)的目標，然后確定混合信號集成電路的系統(tǒng)定義、系統(tǒng)指標，在此基礎上開發(fā)和選擇合適的算法。在這個階段，需要根據電路的功能將模擬電路和數(shù)字電路劃分開來。數(shù)字電路用來處理離散的信號，模擬電路則處理連續(xù)的信號。

電路可以通過具體的元器件，例如，運算放大器、晶體管、電容器、邏輯門等來表征?；旌闲盘柤呻娐钒〝?shù)字和模擬兩部分，其中模擬電路一般全定制設計，采用自底向上的設計流程，進行全定制版圖設計、驗證、仿真;數(shù)字電路一般采用自頂向下的設計流程，進行寄存器傳輸級描述、寄存器傳輸級仿真、測試、綜合、門級仿真。然后，將兩種電路放在混合信號驗證平臺中進行混合仿真。

這種混合仿真可以是寄存器傳輸級的數(shù)字電路與晶體管級的模擬電路的混合仿真，也可以是門級或晶體管級的數(shù)字電路與模擬電路的混合仿真。目前設計者主要采用由Mentor Graphics、Synopsys 和Cadence 三大EDA 工具供應商提供的模擬和混合信號工具和技術進行混合仿真。