数模混合信号电路设计_第一讲

华侨大学IC设计中心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[e-mail]华侨大学IC设计中心Ch.1概述2系统集成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1970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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。SIP(SysteminPackage)整合技术:是一种封装技术，指将多种IC芯片和多种电子元器件封装在一起；SOC（systemonchip，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4SOC（systemonchip，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。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5SOC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6SIP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、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7SIP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DADAADAD90º90ºBasebandprocessingTRxcalibrationTRxcontrolTRxperformancenhancementMulti-bandMulti-modeAntennaInterfaceTRxarchitecturesRF/AnalogICSignalProcessing&DigitalASICMixedSignalICSoC/SoPtrade-offsSoC/SoPdesignmethodologyNoisecoupling/InterferenceissuesAdaptivefront-enddesignControlsignals华侨大学IC设计中心Ch.1概述9低中频接收机架构华侨大学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华侨大学IC设计中心Ch.1概述11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f1(x1,x2,…)=0f2(x1,x2,…)=0………1.模拟信号模拟用高斯消去法求解线性方程华侨大学IC设计中心Ch.1概述12数模混合信号仿真是指基于松弛算法的由事件驱动的一种仿真模拟方式。1234事件驱动：testbench松弛算法2.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3.混合信号模拟模拟信号仿真器单仿真器架构双仿真器架构模拟信号数字信号简化模拟信号模拟信号仿真器数字信号仿真器模拟信号数字信号数模混合信号仿真华侨大学IC设计中心Ch.1概述14混合仿真环境仿真输出数据库Verilog-XLSpetreIPCCadencespetreverilog解决方案IPC=interprocesscommunication3.混合信号模拟数模混合信号仿真华侨大学IC设计中心Ch.1概述15MMSIM:VirtuosoMulti-ModeSimulationCadenceMMSIM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。CadenceMMSIM能够让设计者在仿真引擎间自由切换，而不产生任何兼容或解释问题，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。VirtuosoMMSIM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VirtuosoSpectreCircuitSimulator、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16CadenceMuti-Mode仿真(MMSIM)解决方案模拟信号仿真混合信号仿真射频信号仿真芯片级电路验证Cadencespetreverilog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华侨大学IC设计中心Ch.1概述18大部分电路使用verilog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.2.大型数字系统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系，要是用pulse电源或是别的什么电源来做的话，可要累死人的。用verilog写模块的foundational，就可以比较方便快捷的构成一个信号发生器。3.仿真提速B: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，可以用verilog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verilog的老本家--数字电路，也可以用verilog写出foundational，节约模拟的时间。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Cadence中的SpetreverilogSpetreverilog仿真器层次编辑器Hierarchy-Editor顶层原理图SchematicWindow屏幕输出波形文件用户定义文件仿真器工作环境华侨大学IC设计中心Ch.1概述212.数模混合仿真的数据流Cadence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操作示例混合信号模拟简介混合信号模拟的特点2134混合信号模拟的实现建立层次文件数字-模拟电路设计制作顶层文件设置仿真环境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-模拟电路设计华侨大学IC设计中心Ch.1概述231.数-模电路设计2.数字电路设计3.模拟电路设计数字-模拟电路设计华侨大学IC设计中心Ch.1概述241.数-模电路设计数字-模拟电路设计schemetic计数器Verilog-editor时钟发生器schemetic华侨大学IC设计中心Ch.1概述251.数-模电路设计数字-模拟电路设计LibVerilogschemsymboCounter_1Clk_1华侨大学IC设计中心Ch.1概述261建立自己的设计库名字design_1011.数-模电路设计数字-模拟电路设计华侨大学IC设计中心Ch.1概述271.数-模电路设计数字-模拟电路设计1.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Verilog-editor建立一个元件名字counter_01视图functional2编辑verilog文件，输入counter_1代码3符号化counter_01,生成symbol视图2.数字电路设计数字-模拟电路设计华侨大学IC设计中心Ch.1概述291.数-模电路设计数字-模拟电路设计1.建立一个verilog元件华侨大学IC设计中心Ch.1概述302.数字电路设计数字-模拟电路设计2.输入verilog代码华侨大学IC设计中心Ch.1概述312.数字电路设计数字-模拟电路设计3.生成symbol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-模拟电路设计3.生成symbol视图华侨大学IC设计中心Ch.1概述332.数字电路设计数字-模拟电路设计3.生成symbol视图华侨大学IC设计中心Ch.1概述342.数字电路设计数字-模拟电路设计3.生成symbol视图华侨大学IC设计中心Ch.1概述353.模拟电路设计1在设计库中使用Composer-Schemetic建立一个元件名字clk_01视图schematic2编辑schematic文件，输入clk_01的电路图数字-模拟电路设计华侨大学IC设计中心Ch.1概述363.模拟电路设计数字-模拟电路设计1.建立一个schemetic元件华侨大学IC设计中心Ch.1概述373.模拟电路设计数字-模拟电路设计2.绘制schemetic原理图华侨大学IC设计中心Ch.1概述383.模拟电路设计数字-模拟电路设计2.绘制schemetic原理图元件规格：PmosW2.5uL500nNmosW2.5uL500nRes200kCap10pVdc5华侨大学IC设计中心Ch.1概述39混合信号模拟的实现数字-模拟电路设计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1实际操作中，我们把clk_01schematic作为顶层文件，直接导入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数字-模拟电路设计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华侨大学IC设计中心Ch.1概述421建立config文件元件名clk_01视图config工具HierarchyEditor2把config文件链接到顶层文件3把模板选为AMS建立层次文件华侨大学IC设计中心Ch.1概述431.建立config文件数字-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config文件建立层次文件华侨大学IC设计中心Ch.1概述451.建立config文件建立层次文件2.链接顶层文件华侨大学IC设计中心Ch.1概述461.建立config文件2-3建立层次文件3.设置AMS模板华侨大学IC设计中心Ch.1概述471.建立config文件建立层次文件3.设置spetreverilog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数字-模拟电路设计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建立层次文件设置仿真环境华侨大学IC设计中心Ch.1概述491进入Mixedsignal模式2设置模式层次显示3设置Analog仿