盘点如何解决芯片设计中混合信号设计的难点

数模混合电路的设计，一直是困扰硬件电路设计师提高性能的瓶颈。众所周知，现实的世界都是模拟的，只有将模拟的信号转变成数字信号，才方便做进一步 的处理。模拟信号和数字信号的转变是否实时、精确，是电路设计的重要指标。除了器件工艺，算法的进步会影响系统数模变换的精度外，现实世界中众多干扰，噪声也是困扰数模电路性能的主要因素。

数模混合电路设计当中，干扰源、干扰对象和干扰途径的辨别是分析数模混合设计干扰的基础。通常的电路 中，模拟信号上由于存在随时间变化的连续变化的电压和电流有效成分，在设计和调试过程中，需要同时控制这两个变量，而且他们对于外部的干扰更敏感，因而通 常作为被干扰对象做分析;数字信号上只有随时间变化的门限量化后的电压成分，相比模拟信号对干扰有较高的承受能力，但是这类信号变化快，特别是变化沿速度 快，还有较高的高频谐波成分，对外释放能量，通常作为干扰源。

一、集成电路设计工程师所遇到的挑战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。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。

1.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。

2. 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。