用数字的思想设计模拟电路

电路

直到许多年以前，模拟世界与数字世界是分开的。模拟工程师可以很轻松地避开摩尔定律的许多问题，将摩尔定律视为昂贵的坏习惯而且产出也一样糟糕。

大多数模拟工程师私下里洋洋得意地认为他们还可以开发250nm，甚至130nm的芯片，而数字工程师在与随便都能举出一堆的问题纠缠，例如，印制电路、漏电流、新的互连、不同的晶片尺寸以及信道门电路设计等。在此之前，几乎所有的ASIC都变成了片上系统（SoC），其中包含模拟和数字部分。

现在唯一的问题是，这些芯片的绝大部分是模拟的还是数字的——这在很大程度上取决于谁主管设计团队——但是这些复杂SoC的设计、仿真、布线和验证将模拟和数字世界带入了一个不稳定的混合体。

从工具方面看，许多公司致力于将模拟和数字世界按照某种次序结合。而且，虽然这种工具对于工程经理特别有吸引力，因为他们希望在更短的时间内实现芯片设计，但是该工具同时也给设计团队带入另一类专家——以完全不同视角观察世界的模拟工程师。

Synopsys公司模拟/混合信号组的产品市场总监Graham Etchells说，模拟设计永远不会实现完全的自动化，但至少自动化的程度会提高。 “我们的目标是让工具具有简化设计的功能，”他说。 “在仿真和分析环境中，我们已经实现的是允许设计工程师建立仿真、执行仿真、编写测试脚本并在波形分析工具中查看结果。”

牵马到河易……

但是让模拟工程师使用新的工具就是另一码事了。

“这里存在对立面，” Etchells说。 “一方面模拟工程师们希望找到能加速设计的工具，但是他们又不相信设计自动化，因为某些时候自动化工具不起作用。我们正在做的事情是增加更多功能到自动化工具中，同时允许工程师控制正在进行中的设计，而且让模拟工程师更容易进行设计。例如，在布线方面，我们增加了自动连线特点，能在无需放大的条件下快速连接至引脚或源极、漏极或者栅极，并且确保连接点正好在网格上。我们还推出了高达上千位的自动总线命令。如果单凭手做那些东西真的很头疼。”

事实上，所有主要的EDA厂商都看到连续模拟开发工具的需求量很大。 Magma Design Automation公司的CEO Rajeev Madhavan说，混合信号的装配“很麻烦而且容易出错”。在ISQED（国际电子设计品质会议）的主题发言中，Mahdhavan说每次在交流环节中都有问题提出。

“我们处理这个问题的唯一办法就是具体问题具体分析，”他说。 “随着你更深入地研究新的原理，准确性的级别就到了一个新的细节层面。”

他说在混合信号设计中很常见的不可预见信号流会导致工程成本增加80%——而且还会更糟。在40nm及以下，晶体管的电流会在30%~50%之间变化，而且数字信号和混合信号设计重新开发的差别是1.2比3。

一隅之见

但是，虽然当大多数工具厂商看到了模拟领域的广阔前景和机会，但是销售给使用这些工具的模拟工程师就完全是另一码事了。 SoC引起了不同小组之间的汇聚，而汇聚改变着这些小组所关注的问题。 ADI公司的研究员David Smart说，能做出真正转变的是设计团队的带头人。例如，在转换器领域，一些产品线中占主要部分的是数字并且由数字工程师负责，而另一些产品线的主要部分是模拟，数字工程师配合模拟工程师的工作。

对于Smart，真正的痛处是模拟领域太窄，不足以让传统的EDA工具厂商做大量投资。而且，重要并且成熟的改进通常是在仿真以及布局和走线领域。

“在模拟单元电路中，布局和走线还没变得流行起来，”他说。 “版面设计的工作量很大，并且它限制了你能改版的次数。现在，我们设法让第一次的版面设计就接近完美。如果你接近完成时发现走线太长，那么为了解决这个问题，你得重新倒腾一遍，而不是只用重新按一个按钮就能完成。从智力的角度，自动重新布线非常具有吸引力，但是没有现成的工具。而且，有工具很好，因为你不会对结果感到惊讶。”

Smart还谈到，大多数EDA工具厂商还没有被工程师接受的原因是这些工具常常没有模拟设计专家做得好。 “我们看到许多尝试，但是工具常常不能超越一个模拟专家所能做的。”他解释道，ADI公司经常召集经验丰富的专家和熟悉最新工具的年轻工程师组成一个工作组，他们的工作成果比仅依靠自动设计工具获得的结果更好。

例如，目前不可能实现对多个模拟电路的自动验证，因为每个电路都是不同的。有时候仿真需要几个星期的时间，这属于另一个领域，还有待改进。 SPICE已经发展到用于大规模电路的Fast SPICE，模拟工程师认为其不如Accurate Fast SPICE准确。但对于大多数工程师，这还是太慢了。

工具厂商致力于该领域取得有效进展，主要是因为模拟领域不再是一个孤立的世界。在未来，该领域将可能有应用工程师和商业人员（能快速做出构建vs.购买）、市场人员（他们以前站在一边，虽然他们对芯片功能集有很大影响力）和软件应用工程师（至少涉及建立合适的编程接口）。一个进程节点的关系如此重大。

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