数模混合IC设计流程

数模混合IC设计流程

1.数模混合IC设计

近十年来，随着深亚微米及纳米技术的发展，促使芯片设计与制造由分离IC、ASIC 向SoC转变，现在SoC芯片也由数字SoC全面转向混合SoC，成为真正意义上的系统级芯片。如今人们可以在一块芯片上集成数亿只晶体管和多种类型的电路结构。此时芯片的制造工艺已经超越了传统制造理论的界限，对电路的物理实现具有不可忽略的影响。因此，片上系统所依赖的半导体物理实现方式，面临着多样化和复杂化的趋势，设计周期也越来越长。目前越来越多的设计正向混合信号发展。最近，IBS Corp做过的一个研究预测，到2006年，所有的集成电路设计中，有73%将为混合信号设计。目前混合信号技术正是EDA业内最为热门的话题。设计师在最近才开始注意到混合信号设计并严肃对待，在他们意识到这一领域成为热点之前，EDA公司已经先行多年。EDA业内领头的三大供应商Mentor Graphics、Synopsys和Cadence在几年前即开始合并或研发模拟和混合信号工具和技术。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。

我们先分析数模混合IC设计的

流程，简单概括如图：

首先要对整个IC芯片进行理论

上的设计。对于模拟部分，可以直接

在原理图的输入工具中进行线路设

计；而对于数字部分，主要通过各种

硬件描述语言来进行设计，比如通用

的VHDL及Verilog，数字部分的设

计也可以直接输入到原理图工具中。

当完成原理图的设计时，必须对设计

及时的进行验证。如果原理设计没有

问题，就说明设计是可行的，但这还

停留在理论的阶段，接下来必须将它

转换为实际的产品。这时需要用版图

工具将电路设计实现出来，对于模拟

电路部分，可以使用定制版图工具；

对于数字电路部分，也可以采用P&R

（自动布局布线）工具实现。在完成

整个电路各个模块的版图后，再将它

们拼装成最终的版图。这时的版图并

不能最终代表前面所验证过的设计，

必须对它进行验证。首先版图要符合

流片工艺的要求，这时要对版图做DRC(Design Rule Check)检查；而版图的逻辑关系是不是代表原理图中所设计的，同样要进行LVS(Layout Versus Schematic)检查；最后，由于在实现版图的过程中引入了许多寄生效应，这些寄生的电阻电容有可能对我们的设计产生致

命的影响，而这些是在前面的设计中所没有考虑或考虑不准确的，所以必须把这些效应找出来，这时需要进行寄生参数的抽取PEX(Parasitic EXtract)。最后，将所得到的寄生参数反标到前面的设计中去，重新进行仿真。如果设计满足所有的参数要求，则设计完成；反之，必须重新调整设计，直至满足最终的要求。最后就可以tapeout，进行流片。

对于上面所提到的设计流程，有几点值得关注。首先，在进行原理图设计时，原理图的输入工具不仅能够满足纯模拟或简单的数字电路设计，还必须能够满足硬件描述语言输入（除了常用的VHDL和Verilog外，AMS、C及系统描述语言也是非常重要的），这对于数字电路及系统级设计的工程师来说尤为重要。在仿真阶段，无论是前仿真还是后仿真，都必须有满足数模混合电路仿真的平台。实际上，在数模混合电路设计的整个周期中，芯片的验证占芯片设计50%到70%的工作量，大量的人力、硬件以及时间资源都消耗在验证上。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。同时，IC设计的工程师通常分为两类，即数字电路设计工程师和模拟电路设计工程师。数字和模拟这两种设计是完全不同的设计理念，数字电路依赖于设计工程师的逻辑思维，是建立在硬件描述语言的基础之上；而模拟电路要依赖于工程师的经验，是建立在线路的分析基础之上。由于两种设计的巨大差异，这就造成两种设计的不同步，并且在设计过程中，模拟设计工程师和数字设计工程师不能够很好的进行沟通。所以必须等到所有设计都完成后，才能将设计拼装在一起，进行验证。如果出现问题，必须对设计进行修改，大大的增加了设计周期，且不能保证设计的收敛性及质量。还有，在整个设计初期对数字部分和模拟部分的划分，对系统设计工程师的要求极高，如果划分不合理，则有可能使整个设计流产。在版图的实现方面，数字部分由P&R工具实现，而模拟部分则由全定制的方法来完成。版图的验证也是非常重要的，一旦验证中漏掉了某些错误，则可能引起流片失败。而每次流片的费用是非常昂贵的，甚至达到几十万美金，所以这同样是整个设计流程中非常重要的一环。

2.Mentor Graphics公司数模混合IC设计流程

Mentor Graphics公司针对电子技术发展的趋势开发了设计与仿真、验证系列工具，可以简单的划分为原理图和版图设计、物理验证与寄生参数提取、模拟及混合信号验证三大部分。具有与设计类型、制造工艺无关，兼顾自动化和交互式操作，适应SOC设计的巨大数据量及充分考虑深亚微米、亚波长半导体制造可行性的特点。

Mentor Graphics公司的强大的数模混合设计流程与产品属于目前行业最先进的主流产品，广泛应用在高水准的产品研发中，其先进性、实用性、可行性已经为无数成功的设计

实现所证实。以下为推荐的数模混合设计流程图：

Mentor Graphics公司在整个环境中所对应的工具如上图所示。相应工具介绍如下

2.1.混合信号IC设计集成环境ICstudio

ICstuido是Mentor Graphics公司推出的混合信号IC设计集成环境。在这个集成环境当中，工程师可以很方便的调用相应的设计工具，完成相应的设计或验证。电路从最初的原理图设计及到最终的Tapeout都可以在这个环境中实现。同样，这也是一个数据管理系统。在这个环境当中，设计团队可以很方便的来实现数据的复制、移动及共享。