Spectre、Ultrasim和Spectre-Verilog_仿真介绍.ppt

spectre、ultrasim和 spectre-verilog 仿真介绍 张 昊 2011年3月7日 *1共61页 内容提要 l模拟前端eda工具简介 lcadence中spectre的模拟仿真 lultrasim快速仿真技术 lspetre-verilog混合信号仿真 lq conservative 具有最高的精确度但是速度最慢，适合 较敏感的模拟电路的仿真 date20共61页 dc（直流分析） dc（直流分析）可以在 直流条件下对 temperature，design variable，component parameter，model parameter进行扫描仿真 例如:对温度的扫描（测 量温度系数） 电路随电源电压变化的 变化曲线等 date21共61页 ac（交流分析） ac（交流分析）是 分析电路性能随着 运行频率变化而变 化的仿真。 既可以对频率进行 扫描也可以在某个 频率下进行对其它 变量的扫描。 date22共61页 variables菜单 包括edit等子菜单项。可以 对变量进行添加、删除、 查找、复制等操作。变量 （variables）既可以是电 路中元器件的某一个参量 ，也可以是一个表达式。 变量将在参量扫描（ parametric analysis）时用 到。 date23共61页 参量扫描共功能 tools/parametric analysis 它提供了一种很重要的分析方法参量分 析的方法，也即参量扫描。可以对温度，用 户自定义的变量（variables）进行扫描，从 而找出最合适的值。 date24共61页 calculator的使用 calculator是 一个重要的数 据处理工具， 可以用来仿真 电源抑制比， 相位裕度，共 模抑制比 date25共61页 模拟结果的显示以及处理 在模拟有了结果之后 ，如果设定的output 有plot属性的话，系 统会自动调出 waveform窗口，并显 示outputs的波形，如 左图 date26共61页 l在模拟电路的仿真过程中，要在不同的pvt (process， voltage，temperature)状况下全面地仿真。 l工艺对应的是不同的工艺角类型； l电压指的是电源电压，要求仿真标称值的100%10%电源 电压下的电路的仿真结果； l温度要求对于芯片的应用范围有所不同，一般民用级的温 度范围是070，工业级是-4585，军用级是- 55125。 date27共61页 三、三、ultrasimultrasim快速仿真技术快速仿真技术 date28共61页 ultrasim仿真技术 l传统的spice模拟器(例如spectre、hspice) 有一些人所共知的局限性，例如模拟容量小( 大约只能支持5万有源器件)，对较大设计的模 拟速度较慢。为了克服这些局限，cadence推 出了第三代fast spice模拟器，即ultrasim模 拟器，采用了电路划分、多速率模拟和压缩表 模型等技术。 date29共61页 ultrasim仿真环境设置 l因为ultrasim已经完全集成在cadence的标准模拟电路仿真流程中， 我们在搭建好点电路图并且保存后，从composer-schematic界面中 的toolsanalog environment项就可以打开ade窗口。 date30共61页 l此时ade窗口默认的仿真器simulator为spectre，为了设置使用 ultrasim仿真器，点击setupsimulator/directory/host，弹出对话框 如图6.31所示。选择仿真使用的模型，在下图simulator中选择 ultrasim。 date31共61页 l如同spectre仿真，在setupmodel library setup选择模型文件的路 径，并填入仿真模型的工艺角类型。 l在analysis菜单中可以选择分析类型，从analysischoose打开如图 窗口，选择瞬态分析类型tran，tran的设置只需填入仿真停止时间即 可。选择是否保存直流工作点。 date32共61页 l接下来选择仿真所需要的精度和速度，如图6.33所示，进入 simulation菜单，选择optionanalog。 date33共61页 l然后显示如图所示的simulation option窗口，它有许多选项的设置 ，包括速度、精度、输出、温度 ，规模等等。下面将主要介绍一 下四项仿真参数的设置，仿真模 式、仿真速度、矩阵分割以及波 形文件格式。 date34共61页 1仿真模式设置（simulation mode ） lsimulation mode中有6种模式，分别为digital fast（df ）、digital accurate(da)、mixed signal（ms）、 analog multi rate (amr)、analog（a）和spice（s）。 六种模式的精度依次升高，但是仿真速度依次降低。每种 模式所利用的仿真模型也不完全相同，各种模式有相应的 应用。下面将详细介绍每种模式的应用、使用的模型以及 仿真的目标精度。 date35共61页 date36共61页 2.仿真速度设置（speed option ） lspeed option可以设置总的公差容忍度tol（tol也可以单独设置）,tol 包括电压、电流等所有的公差容忍度之和。speed option有八个选项 ，分别是speed1,2,3,4,5,6,7,8。其对tol分别是0.0001 ,0.001,0.0025,0.005,0.02,0.02,0.04,0.07,精度依次降低。通常,如果精 度要求不是很高,可以采用默认设置,而无需设置这一项。注意：精度 设置的越高,相应的速度越低。 date37共61页 3.矩阵分割设置（analog option ） lultrasim把大的电路矩阵分割成小的矩阵,以加快仿真 速度,但同时会损失一些精度。analog选项用来控制矩 阵分割的大小，通常采用默认设置。以下是适用每种 analog值的电路。 lanalog=0 适用于数字电路和存储器电路 lanalog=1 适用于数字电路、存储器电路和混合信号 电路（默认） lanalog=2 适用于混合信号、模拟和射频电路 lanalog=3 适用于模拟电路和射频电路 lanalog=4 适用于混合信号电路（高度敏感） date38共61页 4. 波形文件格式的设置（output format） ultrasim支持以多种波形文件格式存储波 形,主要有psf和sst2。psf应用很广泛，可以通 过cadence的awd和新的wavescan打开。sst2 是cadence新的压缩波形文件格式,生成的波形 文件最小,可以使用cadence的wavescan和 simvision打开。 date39共61页 l设置好这些仿真条件后，选择保存所要输出的 电压或者电流，点击simulation中的netlist and run，即可进行ultrasim的仿真。 date40共61页 四、四、spectre-verilogspectre-verilog混合信号仿真混合信号仿真 date41共61页 数模混合信号仿真器 l1、spectre-verilog (cadence) l2、smash (dolphin integration) l3、eldo (mentor graphics) l4、harmony (silvaco) l5、saber (synopsys) why mixed- signal simulation ? date42共61页 mostly applied method of mixed-signal design date43共61页 mixed-signal simulator 的基本结构 l以模拟电路仿真器为核心 在处理数模混合电路时将数字部分等效为相应的简化的模拟电路、或 者采用解析函数来表示逻辑模块的行为，然后对整个系统采用模拟电路 的方法进行模拟。优点：模拟结果精确、能处理的电路规模比较大，模 拟速度也有显著提高。缺点：比逻辑模拟器还是慢很多。 l同时包含模拟和数字两个仿真核 处理速度快，能处理的电路规模极大，但需要解决模拟仿真核和数字 仿真核之间的通信问题；另外，由于数字逻辑仿真器和模拟仿真器的输 入、输出数据是不一样的，还必须在模拟仿真核和数字仿真核之间实现 模拟信号和数字信号的相互转换。 date44共61页 creating analog block create the schematic view of analog block, and create a symbol view for cell use date45共61页 creating digital block date46共61页 creating a mixed-signal schematic date47共61页 create config view for simulation the mixed-signal simulation hierarchy is controlled by hierarchy-editor which must be defined with config view cell name is top circuit name for simulation view name will be set as config use create new file to create a new config view with hierarchy-editor date48共61页 set new configuration 1.choose use template sample information 2.choose spetreverilog 1 2 3 3. change the view name to schematic for simulation 4. click ok date49共61页 open the schematic version of config view open the schematic version of the config view of mix from the library manager date50共61页 set block partition 开启hierarchy editor 设定所使用的cell view 显示所使用的cell view 及其颜色设定 schematic editor 中 的hierarchy-editor 及mixed-signal 两项 menu是由菜单 tools-mixed signal opts.而产生的 date51共61页 check block partition change analog & digital stop views to match the stop views in your hierarchy editor (as below) date52共61页 check partition results 设定显示的颜色及项目 显示所有模块划分的结果 显示模拟电路模块 显示数字电路模块 显示混合信号电路模块 显示无法归类的电路模块 清除所有显示内容 date53共61页 setup the analog/digital interface select: mixed-signal interface elements instance this tool is used to configure how the digital block reads analog inputs and how digital outputs are seen by analog cells (effective a/d and d/a). date54共61页 setup the analog/digital interface mos_a2d: a2d_v0 低电平 a2d_v1 高电平 a2d_tx：voltage between v0 and v1 after tx will yield a logic x mos_d2a： model parameters d2a_vl : input low voltage d2a_vh : input high voltage d2a_tr : rise time for low to high d2a_tf :fall time for high to low date55共61页 setup menu in analog environment with setup window to define simulation initialization setup choose the simulator define device model library define temperature date56共61页 choosing simulator/directory/host 选择spectreverilog date57共61页 choose analysis type invoke the analysis setting window for mixed-signal simula