数模混合信号电路设计_第一讲

1、华侨大学IC设计中心数模混合信号集成电路设计数模混合信号集成电路设计第一讲 概论华侨大学电子与信息工程学院电子工程系杨骁 凌朝东华侨大学IC设计中心 Ch.1概述2系统集成n人们总是希望电子产品的功能丰富，体积小；工程师们一直朝着这个目标努力,使得系统集成技术不断的发展n1970年代的电脑，其体积非常庞大，计算速度非常慢；现在？华侨大学IC设计中心 Ch.1概述3系统整合技术的演变n电路板上的系统整合(System-on-Board, SOB):将分立元件在PCB板上进行导线的互连，连线太多，电性能受到极大的影响。nSIP(System in Package)整合技术:是一种封装技术，指将多种

2、IC芯片和多种电子元器件 封装在一起；nSOC（system on chip，系统级芯片）是将系统的多种功能集成在单一的芯片上，并加以封装便形成了一个系统级芯片。华侨大学IC设计中心 Ch.1概述4nSOC（system on chip，系统级芯片）与SIP是当今电子产业最热门的两项技术。在IC领域内，SOC是最高级的芯片；在IC封装领域，SIP是最高级的封装。两者都可以达到系统级的性能。从设计角度出发，希望在芯片上实现系统的功能。在理想的情况下，SOC可以实现最低的成本、最小的尺寸和最优的性能。但是到目前为止，采用SOC方案还无法解决非硅芯片（如GaAs、GeSi芯片）和MEMS晶片的集成。

3、若从封装的角度出发，作为另外一种解决方案，系统级封装(SIP)得到越来越多的关注华侨大学IC设计中心 Ch.1概述5nSOC是最近十几年才出现的概念，是将系统的多种功能集成在单一的芯片上，并加以封装便形成了一个系统级芯片。通常是将MPU、DSP图像处理、存储器、RF和逻辑电路集成在一起。这种芯片包括专用集成电路（ASIC），可以满足高端计算机、3G通讯、网络服务器等的应用需要。华侨大学IC设计中心 Ch.1概述6nSIP与SOC是两项平行发展的系统集成技术，它们都顺应了电子产品高性能、多功能、小型化、轻量化和高可靠性的发展趋势。从发展的历程来看，SOC与SIP是极为相似的，两者均希望将逻辑组件

4、、数字、模拟、无源器件整合在一个单元中。然而就发展方向而言，两者有很大的不同：SOC是从设计的角度出发，目的是将一个系统整合到一块IC芯片上去；而SIP则是由封装的角度出发，将不同功能的芯片整合于一个电子封装结构体内。华侨大学IC设计中心 Ch.1概述7nSIP与SOC各有所长。SIP的优点是可实现高功能、开发周期短、低价格等。SOC优点是低功耗、高性能、实装面积小等。两者互为促进，协同发展，并都可以实现系统集成。用户可以根据自己的实际情况作出最佳的选择。华侨大学IC设计中心 Ch.1概述8SoC例子例子DADAADAD9090BasebandprocessingTRx calibration

5、 TRx controlTRx performanc enhancementMulti-bandMulti-mode Antenna InterfaceTRx architecturesRF/Analog ICSignal Processing &Digital ASICMixed Signal ICSoC/SoP trade-offsSoC/SoP design methodologyNoise coupling/ Interference issuesAdaptive front-end designControl signals华侨大学IC设计中心 Ch.1概述9低中频接收机架构

6、华侨大学IC设计中心 Ch.1概述10数模混合电路设计流程数模混合电路设计流程数字设计算法设计算法设计模拟设计数字版图数模混合验证模拟版图数模混合验证Tape-out华侨大学IC设计中心 Ch.1概述11数模混合信号仿真数模混合信号仿真指基于节点积分分析的瞬态模拟仿真方法指基于节点积分分析的瞬态模拟仿真方法 f1(x1, x2,) =0 f2(x1, x2,) =0 1.模拟信号模拟模拟信号模拟用高斯消去法用高斯消去法 求解线性方程求解线性方程华侨大学IC设计中心 Ch.1概述12数模混合信号仿真数模混合信号仿真是指基于松弛算法的由事件驱动的一种仿真模拟方式。是指基于松弛算法的由事件驱动的一种

7、仿真模拟方式。1 234事件驱动事件驱动 ： testbench松弛算法松弛算法2.数字信号模拟数字信号模拟华侨大学IC设计中心 Ch.1概述13以特定的组合方式处理电路中的模拟数字信号的仿真过程以特定的组合方式处理电路中的模拟数字信号的仿真过程3. 混合信号模拟混合信号模拟模拟信号模拟信号仿真器仿真器 单仿真器架构单仿真器架构双仿真器架构双仿真器架构模拟模拟信号信号数字数字信号信号简化简化模拟模拟信号信号模拟信号模拟信号仿真器仿真器 数字信号数字信号仿真器仿真器 模拟模拟信号信号数字数字信号信号数模混合信号仿真数模混合信号仿真华侨大学IC设计中心 Ch.1概述14混合仿真环境混合仿真环境仿真

8、输出数据库仿真输出数据库Verilog-XLSpetreIPCCadence spetreverilog解决方案解决方案 IPC = interprocess communication 3. 混合信号模拟混合信号模拟数模混合信号仿真数模混合信号仿真华侨大学IC设计中心 Ch.1概述15MMSIM : Virtuoso Multi-Mode SimulationnCadence MMSIM是电子设计行业首个端到端的定制IC仿真与验证解决方案。使用通用、全集成的网表和模型数据库来仿真射频、模拟、存储器和混合信号设计及设计模块。Cadence MMSIM能够让设计者在仿真引擎间自由切换，而不产生任

9、何兼容或解释问题，从而提高了一致性、精确性和设计覆盖面，同时缩短了时间周期并降低了风险。整体效果是该产品降低了采用、支持和拥有成本，并加快了产品上市时间。Virtuoso MMSIM 提供了整体、集成化的仿真解决方案和共享的许可模型，可更好地满足各种用户需求。该解决方案包括Virtuoso Spectre Circuit Simulator、Virtuoso 这些仿真器都包含分层次的配置，针对不同的设计复杂性均有针对性的增强。所有这些都紧密集成在Virtuoso平台模拟设计环境中。华侨大学IC设计中心 Ch.1概述16Cadence Muti-Mode仿真仿真(MMSIM)解决方案解决方案 模

10、拟信号仿真模拟信号仿真混合信号仿真混合信号仿真射频信号仿真射频信号仿真芯片级电路验证芯片级电路验证 Cadencespetreverilog数模混合信号仿真数模混合信号仿真华侨大学IC设计中心 Ch.1概述171. 数模混合设计数字设计算法设计模拟设计数字版图数模混合验证模拟版图数模混合验证Tape-out数字设计模拟设计混合原理图建立层次化文件配置仿真环境仿 真 验 证数模混合信号仿真数模混合信号仿真华侨大学IC设计中心 Ch.1概述18大部分电路使用大部分电路使用verilog仿真器仿真；仿真器仿真；指定的关键部分电路使用模拟仿真器以达到高精度指定的关键部分电路使用模拟仿真器以达到高精度.

11、2.大型数字系统仿真数模混合信号仿真数模混合信号仿真华侨大学IC设计中心 Ch.1概述19A:用作信用作信 号发生器。号发生器。仿真的时候，需要不少的激励信号，而且有着严格的时序关仿真的时候，需要不少的激励信号，而且有着严格的时序关系，要是用系，要是用pulse电源或是别的什么电源来做的话，可要累死电源或是别的什么电源来做的话，可要累死人的。用人的。用verilog写模块的写模块的foundational，就，就 可以比较方便快可以比较方便快捷的构成一个信号发生器。捷的构成一个信号发生器。3.仿真提速仿真提速B:节约模拟的时间。节约模拟的时间。对于一些成熟的已经知道电路输入输出特性的电路，可以

12、用对于一些成熟的已经知道电路输入输出特性的电路，可以用 verilog写出其特性，这样的话，模拟的时间可以大大的缩短。写出其特性，这样的话，模拟的时间可以大大的缩短。当然，还有就是当然，还有就是verilog 的老本家的老本家-数字电路，也可以用数字电路，也可以用verilog写出写出foundational，节约模拟的时间。，节约模拟的时间。 数模混合信号仿真数模混合信号仿真华侨大学IC设计中心 Ch.1概述201. 数模混合仿真的环境数模混合仿真的环境Cadence 中的中的SpetreverilogSpetreverilog仿真器仿真器华侨大学IC设计中心 Ch.1概述212. 数模混合

13、仿真的数据流数模混合仿真的数据流Cadence 中的中的Spetreverilog华侨大学IC设计中心 Ch.1概述22混合信号模拟的实现混合信号模拟的实现操作示例操作示例混合信号模拟简介混合信号模拟简介混合信号模拟的特点混合信号模拟的特点2134混合信号模拟的实现混合信号模拟的实现建立层次文件建立层次文件数字数字-模拟电路设计模拟电路设计制作顶层文件制作顶层文件设置仿真环境设置仿真环境仿真仿真数字设计模拟设计制作顶层文件建立层次化文件配置仿真环境仿 真 验 证数字数字-模拟电路设计模拟电路设计华侨大学IC设计中心 Ch.1概述231.数数-模电路设计模电路设计 2.数字电路设计数字电路设计3

14、. 模拟电路设计模拟电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计华侨大学IC设计中心 Ch.1概述241.数数-模电路设计模电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计schemetic计数器计数器Verilog-editor时钟发生器时钟发生器schemetic华侨大学IC设计中心 Ch.1概述251.数数-模电路设计模电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计LibVerilogschemsymboCounter_1Clk_1华侨大学IC设计中心 Ch.1概述261 建立自己的设计库建立自己的设计库 名字名字 design_1011.数数-模电路设计模电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计

15、华侨大学IC设计中心 Ch.1概述271.数数-模电路设计模电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计1.建立一个设计库建立一个设计库华侨大学IC设计中心 Ch.1概述281 在设计库中使用在设计库中使用Verilog-editor建立一个元件建立一个元件 名字名字 counter_01 视图视图 functional2 编辑编辑 verilog文件，输入文件，输入counter_1代码代码3 符号化符号化counter_01, 生成生成symbol视图视图2.数字电路设计数字电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计华侨大学IC设计中心 Ch.1概述291.数数-模电路设计模电路设计数字数字

16、-模拟电路设计模拟电路设计1.建立一个建立一个verilog元件元件华侨大学IC设计中心 Ch.1概述302.数字电路设计数字电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计2.输入输入verilog代码代码华侨大学IC设计中心 Ch.1概述312.数字电路设计数字电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计3.生成生成symbol视图视图verilogsymbo华侨大学IC设计中心 Ch.1概述322.数字电路设计数字电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计3.生成生成symbol视图视图华侨大学IC设计中心 Ch.1概述332.数字电路设计数字电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计3.生成生

17、成symbol视图视图华侨大学IC设计中心 Ch.1概述342.数字电路设计数字电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计3.生成生成symbol视图视图华侨大学IC设计中心 Ch.1概述353.模拟电路设计模拟电路设计1 在设计库中使用在设计库中使用Composer-Schemetic建立一个元件建立一个元件 名字名字 clk_01 视图视图 schematic2 编辑编辑 schematic文件，输入文件，输入clk_01的电路图的电路图数字数字-模拟电路设计模拟电路设计华侨大学IC设计中心 Ch.1概述363.模拟电路设计模拟电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计1.建立一个建立一个

18、schemetic元件元件华侨大学IC设计中心 Ch.1概述373.模拟电路设计模拟电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计2.绘制绘制schemetic原理图原理图华侨大学IC设计中心 Ch.1概述383.模拟电路设计模拟电路设计数字数字-模拟电路设计模拟电路设计2.绘制绘制schemetic原理图原理图元件规格：元件规格：Pmos W 2.5u L 500n Nmos W 2.5u L 500nRes 200kCap 10pVdc 5华侨大学IC设计中心 Ch.1概述39混合信号模拟的实现混合信号模拟的实现数字数字-模拟电路设计模拟电路设计制作顶层文件制作顶层文件数字设计模拟设计制作顶层

19、文件建立层次化文件配置仿真环境仿 真 验 证制作顶层文件制作顶层文件华侨大学IC设计中心 Ch.1概述40制作顶层文件制作顶层文件1 实际操作中，我们把实际操作中，我们把clk_01 schematic作为顶层文件，直作为顶层文件，直接导入接导入counter_01.华侨大学IC设计中心 Ch.1概述41混合信号模拟的实现混合信号模拟的实现数字数字-模拟电路设计模拟电路设计制作顶层文件制作顶层文件数字设计模拟设计制作顶层文件建立层次化文件配置仿真环境仿 真 验 证建立层次文件建立层次文件建立层次文件建立层次文件华侨大学IC设计中心 Ch.1概述421 建立建立config文件文件 元件名元件名

20、 clk_01 视图视图 config 工具工具 Hierarchy Editor 2 把把config文件链接到顶层文件文件链接到顶层文件 3 把模板选为把模板选为AMS建立层次文件建立层次文件华侨大学IC设计中心 Ch.1概述431.建立建立config文件文件数字数字-模拟电路设计模拟电路设计LibVerilogschemsymboCounter_1Clk_1config华侨大学IC设计中心 Ch.1概述441.建立建立config文件文件建立层次文件建立层次文件华侨大学IC设计中心 Ch.1概述451.建立建立config文件文件建立层次文件建立层次文件2.链接顶层文件链接顶层文件华侨

21、大学IC设计中心 Ch.1概述461.建立建立config文件文件2-3 建立层次文件建立层次文件3.设置设置AMS模板模板华侨大学IC设计中心 Ch.1概述471.建立建立config文件文件建立层次文件建立层次文件3.设置设置spetreverilog模板模板华侨大学IC设计中心 Ch.1概述48混合信号模拟的实现混合信号模拟的实现数字数字-模拟电路设计模拟电路设计制作顶层文件制作顶层文件数字设计模拟设计制作顶层文件配置仿真环境建立层次化文件仿 真 验 证设置仿真环境设置仿真环境建立层次文件建立层次文件设置仿真环境设置仿真环境华侨大学IC设计中心 Ch.1概述49 1 进入进入Mixed

22、signal模式模式 2 设置模式层次显示设置模式层次显示 3 设置设置Analog 仿真器仿真器设置仿真器工作模式设置仿真器工作模式 spectreVerilog设置引用工艺库设置引用工艺库ms018_vlp7_spe.lib设置模拟仿真器激励设置模拟仿真器激励设置数字仿真器激励设置数字仿真器激励testfixture设置仿真的时长与步长设置仿真的时长与步长1000u/ 1u/1u设置绘图节点设置绘图节点设置仿真环境设置仿真环境华侨大学IC设计中心 Ch.1概述501.进入进入Mixed signal模式模式设置仿真环境设置仿真环境华侨大学IC设计中心 Ch.1概述512.设置模式层次显示设置模式层次显示2-4 设置仿真环境设置仿真环境华侨大学IC设计中心 Ch.1概述522.设置设置Analog环境环境2-4 设置仿真环境设置仿真环境1.设置仿真器工作模式设置仿真器工作模式华侨大学IC设计中心 Ch.1概述532. 配置仿真环境配置仿真环境2-4 设置仿真环境设置仿真环境2.设置引用工艺库设置引用工艺库华侨大学IC