混合信号设计方法学指导模拟混合信号IP和SoC的设计、 pdf下载

混合信号设计方法学指导
	定价	98.00
	出版社	科学出版社
	版次	1
	出版时间	2014年12月
	开本	16
	作者	布瑞恩·贝利（Brian bailey）等著；陈春章等译
	装帧
	页数	404
	字数	506
	ISBN编码	9787030419590

当代混合信号设计包含了模拟混合信号知识产权模块设计和系统芯片设计，本书是关于这些设计的先进方法、验证手段和具体实施的第*本专业指导书，它涵盖了从系统架构设计到先进工艺设计的内容。本书首先讨论了混合信号设计的趋势和挑战，然后分别介绍了用行为模型代表模拟功能的抽取方法、基于断言的指标驱动验证方法、混合信号设计中低功耗意向的验证方法等。模拟设计师已经习惯于就事论事的传统的单个作业的模拟设计模式，本书强调了学习先进设计方法的迫切性及其益处。

     Jess Chen，1977年在加州大学伯克利分校获得物理和应用数学的学士学位，1982年在圣荷塞州立大学获得电气工程硕士学位，1985年在斯坦福大学获得控制理论工程硕士学位，1991年从圣克拉拉大学获得机械工程硕士学位。在为模拟系统编写行为模型领域，积累了超过三十多年的经验。从业的前十五年，在LMS(Lockheed Martin Sunnyvale)为航天器功耗系统、太阳能阵列系统和摩托驱动器进行建模和仿真分析。之后在Cadence公司工作五年，采用自上而下和自下而上的设计方法为射频系统开发行为级模型。随后专注于射频系统的设计、分析和功能验证。目前担任高通公司(Qualcomm)主任设计经理，他所负责的工作组成功研制了第*个射频、混合信号和功耗管理系统。
   

目 录 作者简介 译者序 序 前言 致谢 翻译人员与审稿人员名单 第1章 混合信号设计趋势与挑战………………………………………………1 1.1 导言………………………………………………………………………1 1.2 混合信号验证……………………………………………………………2 1.3 行为建模…………………………………………………………………4 1.4 低功耗验证………………………………………………………………5 1.5 可测试性设计……………………………………………………………6 1.6 芯片规划…………………………………………………………………6 1.7 混合信号IP的重用……………………………………………………7 1.8 全芯片签核………………………………………………………………8 1.9 衬底噪声…………………………………………………………………9 1.10 集成电路与封装协同设计……………………………………………9 1.11 设计合作与数据管理…………………………………………………10 参考文献………………………………………………………………………10 第2章 混合信号设计方法回顾…………………………………………………12 2.1 自上而下与自下而上的设计方案……………………………………12 2.2 系统设计？片上系统设计和IP设计…………………………………13 2.3 模拟为中心的混合信号方法学………………………………………14 2.4 数字为中心的混合信号方法学………………………………………15 2.5 统一的同步的混合信号方法学………………………………………18 2.6 选择正确的方法学……………………………………………………21 2.7 低功耗与混合信号设计………………………………………………22 参考文献………………………………………………………………………24 第3章 模拟混合信号行为级建模………………………………………………26 3.1 概述……………………………………………………………………26 3.2 模型类别………………………………………………………………27 3.2.1 模型开发…………………………………………………………28 3.2.2 设计的拓扑考虑……………………………………………………28 3.3 模型种类………………………………………………………………29 3.3.1 离散数字建模………………………………………………………30 3.3.2 连续模拟建模………………………………………………………30 3.3.3 混合信号建模………………………………………………………31 3.3.4 实数建模…………………………………………………………31 3.3.5 组合建模方式………………………………………………………32 3.4 基本建模格式…………………………………………………………32 3.4.1 模型工作模式描述…………………………………………………32 3.4.2 混合信号可编程增益放大器模型……………………………………33 3.4.3 模拟 PGA模型……………………………………………………37 3.4.4 实数 PGA模型……………………………………………………39 3.4.5 数字 PGA模型……………………………………………………41 3.5 补充模型代码实例……………………………………………………42 3.5.1 数字:Verilog D触发器……………………………………………42 3.5.2 模拟:Verilog‐A运算放大器…………………………………………44 3.5.3 混合信号:Verilog‐AMS数模转换器…………………………………48 3.5.4 实数建模…………………………………………………………52 3.6 建模*优方法考量……………………………………………………55 3.6.1 模拟*佳方法………………………………………………………56 3.6.2 数字*佳方法………………………………………………………62 3.6.3 混合信号*佳方法…………………………………………………63 3.6.4 实数*佳方法………………………………………………………66 3.6.5 模型和电路工作的比较验证…………………………………………67 3.6.6 离散多驱动解析……………………………………………………69 3.7 总结……………………………………………………………………70 参考文献………………………………………………………………………70 第4章 混合信号验证方法学……………………………………………………72 4.1 概述……………………………………………………………………72 4.1.1 混合信号仿真器是验证的基础………………………………………73 4.1.2 设计划分,验证计划,测试回归………………………………………74 4.1.3 基于断言的验证……………………………………………………74 4.1.4 覆盖率测量…………………………………………………………75 4.2 混合信号仿真是验证的基础…………………………………………76 4.2.1 数字和模拟验证过程的差距…………………………………………76 4.2.2 混合信号和混合级别的仿真…………………………………………77 4.2.3 新的方式看待混合信号验证…………………………………………77 4.2.4 模拟和数字的交互…………………………………………………78 4.2.5 混合信号同步………………………………………………………80 4.2.6 什么构成了未来的混合信号仿真器…………………………………81 4.3 设计分割？仿真计划？回归测试………………………………………83 4.3.1 设计分割…………………………………………………………83 4.3.2 测试计划…………………………………………………………84 4.3.3 回归测试…………………………………………………………87 4.4 基于断言的验证………………………………………………………87 4.4.1 模拟和混合信号空间的断言…………………………………………89 4.4.2 混合信号断言应用…………………………………………………89 4.4.3 模拟和混合信号的现有断言方法……………………………………90 4.4.4 在 Verilog‐AMS中使用 PSL………………………………………92 4.4.5 在混合设计中使用 SystemVerilog断言………………………………93 4.4.6 使用取值应用断言到纯模拟特性……………………………………94 4.4.7 标准委员会的活动…………………………………………………95 4.4.8 混合信号的Σ‐Δ ADC实例…………………………………………96 4.4.9 结论………………………………………………………………101 4.5 覆盖率测量……………………………………………………………102 4.5.1 数字覆盖率方法…………………………………………………103 4.5.2 混合信号覆盖需求…………………………………………………104 4.6 指标驱动的混合信号验证……………………………………………107 4.6.1 模拟验证计划……………………………………………………109 4.6.2 构建 UVM‐MS验证环境…………………………………………110 4.6.3 收集覆盖率………………………………………………………110 4.6.4 生成输入…………………………………………………………113 4.6.5 检查模拟功能……………………………………………………115 4.6.6 使用断言…………………………………………………………117 4.6.7 时钟,复位和电源控制……………………………………………117 4.6.8 模拟模型的建立和确认……………………………………………118 4.6.9 集成测试环境……………………………………………………118 4.6.10 连接测试平台……………………………………………………119 4.6.11 系统级参数和时序………………………………………………120 4.6.12 创建运行脚本和其他支持文件……………………………………121 4.6.13 推荐的目录结构…………………………………………………121 4.6.14 回归和计划之间的循环闭合………………………………………122 4.6.15 更新 SoC级测试计划……………………………………………123 4.6.16 进入 SoC级………………………………………………………123 4.7 混合信号设计的低功耗意图验证……………………………………125 4.7.1 低功耗简介………………………………………………………125 4.7.2 基本低功耗特性概述………………………………………………126 4.7.3 多电压域…………………………………………………………128 4.7.4 混合信号中的低功耗………………………………………………128 4.7.5 逻辑到电气转换…………………………………………………129 4.7.6 电气到逻辑转换…………………………………………………131 4.7.7 用低功耗规范控制模拟电源供电…………………………………131 4.8 混合信号低功耗验证的挑战…………………………………………133 4.8.1 具有电源感知的电气到逻辑转换的参考电压选择…………………133 4.8.2 多驱动和标称电压之间的冲突……………………………………134 参考文献……………………………………………………………………138 第5章 验证射频电路设计的实用方法………………………………………139 5.1 验证与建模的关系……………………………………………………139 5.2 行为级模型……………………………………………………………140 5.3 通带模型………………………………………………………………141 5.3.1 放大器的非线性…………………………………………………141 5.3.2 放大器的噪声……………………………………………………145 5.3.3 放大器的实现……………………………………………………146 5.3.4 正交调制器………………………………………………………147 5.3.5 正交调制器的实现…………………………………………………149 5.3.6 正交解调器………………………………………………………151 5.3.7 正交解调器的实现…………………………………………………152 5.4 基带等效模型…………………………………………………………154 5.4.1 放大器的非线性…………………………………………………156 5.4.2 放大器的噪声……………………………………………………157 5.4.3 放大器的端口电阻…………………………………………………159 5.4.4 放大器的实现……………………………………………………159 5.4.5 同相‐正交调制器…………………………………………………165 5.4.6 IQ解调器…………………………………………………………167 5.4.7 时域噪声:一个相位噪声的例子……………………………………169 5.4.8 电抗元件…………………………………………………………171 5.5 举例……………………………………………………………………173 5.5.1 正常卷饼图………………………………………………………173 5.5.2 频率偏移…………………………………………………………174 5.5.3 IQ增益失配………………………………………………………174 5.5.4 IQ相位失配(正交误差)……………………………………………176 5.5.5 AM/AM转换……………………………………………………176 5.5.6 滤波带宽的缩小…………………………………………………177 5.5.7 相位噪声…………………………………………………………177 5.6 功能验证模型…………………………………………………………178 5.6.1 信号路径策略……………………………………………………180 5.6.2 伪电信号…………………………………………………………182 参考文献……………………………………………………………………182 第6章 事件驱动的锁相环时域行为建模……………………………………184 6.1 引言……………………………………………………………………184 6.2 锁相环电路分析………………………………………………………185 6.2.1 频域分析的连续时间相位域近似方法………………………………185 6.2.2 频域分析的离散时间相位域模型…………………………………187 6.2.3 时域仿真…………………………………………………………187 6.3 锁相环性能指标………………………………………………………188 6.3.1 捕获范围和输出频率范围…………………………………………188 6.3.2 锁相环的稳定性…………………………………………………188 6.3.3 带宽？峰化和跟踪行为……………………………………………188 6.3.4 锁定时间…………………………………………………………189 6.3.5 静态相位误差……………………………………………………190 6.4 时钟抖动………………………………………………………………190 6.5 锁相环时域建模………………………………………………………191 6.5.1 鉴相器……………………………………………………………191 6.5.2 电荷泵电路………………………………………………………195 6.5.3 环路滤波器………………………………………………………198 6.5.4 可控振荡器的建模…………………………………………………199 6.5.5 在事件驱动的模型中加入抖动……………………………………205 6.6 时域 PLL范例………………………………………………………206 6.6.1 PLL模型和对比…………………………………………………206 6.6.2 PLL中的频率转变………………………………………………207 6.6.3 建模过程中的电磁干扰抑制………………………………………208 6.7 其他相关电路…………………………………………………………209 6.7.1 延时锁相环………………………………………………………209 6.7.2 时钟恢复 PLL……………………………………………………209 6.8 总结……………………………………………………………………211 参考文献……………………………………………………………………211 第7章 验证数字辅助的模拟电路……………………………………………213 7.1 数字辅助的模拟电路设计的必要性…………………………………213 7.1.1 工艺尺寸成比例降低对模拟设计的影响……………………………213 7.1.2 使用数字辅助电路克服设计折中…………………………………215 7.1.3 尺寸等比例减小的模拟电路设计策略………………………………215 7.2 设计实例:带有数字校正的 VCO……………………………………216 7.3 设计实例:带有动态元件匹配的多位 Delta‐Sigma ADC…………218 7.4 设计范例:一个有源 RC信道滤波器的校准…………………………220 7.4.1 信道滤波器的设计…………………………………………………221 7.4.2 信道滤波器的校准方法……………………………………………223 7.4.3 校准滤波器………………………………………………………224 7.4.4 校准后的验证……………………………………………………224 7.5 数字辅助模拟设计的混合信号验证…………………………………226 7.6 带有校准的有源 RC滤波器的混合信号验证………………………228 7.6.1 验证目的…………………………………………………………228 7.6.2 验证方案…………………………………………………………228 7.6.3 行为模型方案……………………………………………………229 7.7 总结……………………………………………………………………230 参考文献……………………………………………………………………230 第8章 混合信号物理实现方法学……………………………………………232 8.1 导言……………………………………………………………………232 8.2 自顶向下/自底向上的物理实现……………………………………233 8.3 划分信号线与控制线…………………………………………………234 8.4 定制与数字实现………………………………………………………235 8.5 混合信号电路的布局…………………………………………………236 8.5.1 概述………………………………………………………………236 8.5.2 混合信号的布局方法学……………………………………………236 8.5.3 物理层次…………………………………………………………237 8.5.4 软模块和硬模块…………………………………………………238 8.5.5 布局策略…………………………………………………………239 8.5.6 布局考虑…………………………………………………………241 8.5.7 布局迭代…………………………………………………………242 8.5.8 结论………………………………………………………………243 8.6 定制实现方法学………………………………………………………243 8.7 定制实现流程…………………………………………………………246 8.7.1 参数化单元………………………………………………………246 8.7.2 连接驱动版图绘制…………………………………………………247 8.7.3 定制化布局方法…………………………………………………247 8.7.4 工艺规则检查……………………………………………………247 8.7.5 定制实现流程综述…………………………………………………248 8.7.6 约束驱动定制方法学………………………………………………248 8.7.7 快速模拟版图原型…………………………………………………255 8.8 标准单元的数字实现…………………………………………………255 8.9 混合信号设计的整合与签核…………………………………………257 8.9.1 寄生提取与性能签核………………………………………………257 8.9.2 物理验证…………………………………………………………259 参考文献……………………………………………………………………263 第9章 高级工艺节点下考虑电学特性的设计方法…………………………264 9.1 先进工艺节点下全定制设计挑战……………………………………265 9.2 电学特性感知设计……………………………………………………268 9.2.1 电学特性感知编辑和分析环境……………………………………268 9.2.2 增量电学特性感知设计的架构需求………………………………271 9.2.3 版图相关效应器件参数的实时抽取………………………………275 9.2.4 实时分布参数抽取…………………………………………………279 9.2.5 实时电迁移可靠性分析验证………………………………………284 9.2.6 实时版图感知仿真…………………………………………………287 9.2.7 完善考虑:电学感知设计优化………………………………………291 9.2.8 电流驱动布局布线…………………………………………………292 9.3 总结……………………………………………………………………295 参考文献……………………………………………………………………296 第10章 数模混合信号的芯片封装协同设计…………………………………298 10.1 数模混合信号的芯片封装协同设计概述…………………………298 10.2 系统级封装类型……………………………………………………299 10.2.1 单芯片封装………………………………………………………299 10.2.2 多芯片封装………………………………………………………300 10.2.3 射频模块…………………………………………………………300 10.2.4 2.5D芯片封装…………………………………………………300 10.2.5 3D芯片封装……………………………………………………301 10.2.6 堆叠封装…………………………………………………………301 10.3 2.5D/3D芯片封装的设计及方法和混合信号的设计挑战………302 10.4 考虑封装的混合信号设计流程……………………………………303 10.4.1 系统级别的设计需求……………………………………………303 10.4.2 系统级封装的物理实现…………………………………………304 10.4.3 系统级封装设计流程……………………………………………304 10.5 混合信号的系统级封装设计方法…………………………………305 10.5.1 连接芯片和封装的系统…………………………………………305 10.5.2 控制互连和 ECO………………………………………………306 10.5.3 芯片和封装的交换文件…………………………………………306 10.5.4 芯片和封装布局协同设计…………………………………………307 10.5.5 集成射频模块……………………………………………………308 10.5.6 用硅基板实现的2.5D的流程……………………………………309 10.5.7 3D IC的实现流程………………………………………………310 10.5.8 可制造的封装设计………………………………………………312 10.6 考虑封装的IC混合信号系统的分析………………………………315 10.6.1 混合信号仿真……………………………………………………315 10.6.2 时序和 PDN分析………………………………………………317 10.6.3 分析系统互连的信号完整性………………………………………322 10.7 结论…………………………………………………………………323 参考文献……………………………………………………………………323 第11章 混合信号设计数据管理………………………………………………324 11.1 简介…………………………………………………………………324 11.2 今天的混合信号设计环境…………………………………………324 11.3 传统团队设计技术与弊病…………………………………………326 11.4 数据管理系统的要求………………………………………………327 11.5 用 DM系统管理一个设计项目……………………………………328 11.6 全球分散的设计中心之间的合作…………………………………330 11.7 采用数据管理系统完成团队设计…………………………………332 11.8 用数据管理系统控制的模拟设计流程……………………………333 11.9 工程更改指令的管理………………………………………………336 11.10 项目版本和变异的跟踪……………………………………………337 11.11 规则？角色？访问和授权……………………………………………338 11.12 跨项目的IP和 PDK重复利用……………………………………339 11.13 总结…………………………………………………………………341 参考文献……………………………………………………………………342 缩写语……………………………………………………………………………343 词汇表……………………………………………………………………………347 索引………………………………………………………………………………352


第1章 混合信号设计趋势与挑战 英文作者:Mladen Nizic 1.1 导 言 什么是混合信号设计?答案多种多样？大部分人会说混合信号是模拟与数字电路的结合？本章阐述模拟及数字电路的基本特征及其差异？ 模拟信号在时间和振幅上是连续的？换句话说,在给定振幅范围内的任意时间点,模拟信号的数值大小可以是无限的？光？温度？声音？压力都是模拟量？数字信号只能取有限的预先定义的数值,这些数值只能在有限的时间间隔内改变？模拟信号行为是用一组数学方程描述的,数字电路则是用布尔函数描述的？ 组成模拟电路的基本器件有晶体管？电阻？电容和电感？典型的数字电路是用预先定义？预先设计的构件来设计的(通常称为逻辑门或门),根据这种方法设计者可以用抽象化的高级设计,这也是制造大规模集成电路的设计要求？ 在本书中,混合信号定义为包含模拟电路和数字门电路的设计,它需要结合模拟和数字方法学来进行验证和实现？ 电子市场的成功需要高集成？低成本的解决方案,即为无线？消费？电脑和汽车电子的应用所提供的解决方案？同时,先进工艺节点已经能够让人们设计45nm以下的模拟和射频电路？过去的系统芯片(system‐on‐chip,SoC)主要包含数字电路,如今则包含了大量的模拟和混合信号电路,这些典型的功能模块可被重复利用,常称为模拟混合信号(analog mixed‐signal,AMS)模块或者 AMS知识产权(intellectual property,IP)模块？同时也带来设计？集成和验证的新挑战？目前大部分开发的 SoC芯片都含有混合信号模块？例如,锁相环(phase‐locked loop,PLL)？模数转换器(analog‐to‐digital converter,ADC)和数模转换器(digital‐to‐analog converter,DAC)？高速输入输出(input/output,I/O)接口？射频(radiofrequency,RF)收发器？存储器接口等(见图1.1)？ 由于移动性？更高性能和多接口集成等需求的增加,如今大部分集成电路(integrated circuit,IC)和 SoC中的混合信号含量已经从10%~20%增加到50%或更高？同样,由于需要增加功能或者为了使模拟部分达到设计要求,现在在过去纯模拟的模块中添加了大量的数字逻辑？SoC集成的增加则需要更复杂的混合信号IP模块,这些模块甚至和传统的IC一样复杂？ 图1.1 当代 SoC设计很多模块是混合信号设计 图中部分缩写:蓝牙(BT),无线网络(WiFi),电源管理单元(P MU),外存储器(Ex M),基带(BB),调制解调器(M1~M4),数字信号处理器(DSP),通信处理器(communication.processor),图像处理器(i mage pro‐cessor),应用处理器(application processor),视频(video),音频(audio),电视(T V),液晶显示(LCD),键盘接口(KPD),通用串行总线(USB),用户身份识别模块(SI M),内存单元(memory) 模拟？数字和混合信号设计者正面对着这样的挑战:创造越来越复杂的混合信号IP,并将它们集成到SoC上？虽然有些设计挑战是已知的,但是由于设计的尺寸和复杂性,却更加难以解决？先进工艺节点中新的物理效应带来了影响模拟和混合信号设计的额外挑战？本章将介绍混合信号设计中*具有挑战性的问题？ 1.2 混合信号验证 前面已经定义,在以时间和振幅为单位时,模拟信号几乎可以无限地改变一个微小增量？描述模拟信号需要用到非线性方程？模拟电路验证的传统方法是着重集成电路的仿真程序(SPICE),它能够通过循环求解非线性方程？SPICE是于20世纪70年代早期在加州大学伯克利分校开发的[1],此后许多增强改进版本都由学院或商业公司生产？ 数字电路的描述用布尔代数,因此数字电路仿真运行要快得多？这是因为它用高级抽象化的方法执行运算？在事件驱动模式下,只有当逻辑状态改变时才赋值验证,赋值时也不需要多次迭代去求非线性方程的解？混合信号设计的行为仿真要求模拟和数字仿真同步地？平行地运行？集成的混合信号仿真器可以通过商业途径获得[2]？ 基本验证任务包括建立验证计划？开发测试平台(testbench)？仿真？结果后处理以及根据设计指标进行测量和比较？混合信号设计的模拟和数字部分必须分开验证,但即使这样也不一定就很恰当,能确保整体设计功能的正确性？模拟和数字接口之间出错是混合信号设计中的共同问题？为了解决混合信号验证的问题,验证工程师有以下几项选择方案: (1)用 SPICE类型的仿真器在晶体管级对整个混合信号进行仿真？当设计增大后,这种方法就不适用了,因为哪怕是用*快的仿真器,单个仿真也可能会运行好几天？ (2)进行简化,将模拟部分用逻辑方法建模,再用数字仿真器去仿真？尽管验证混合信号设计的连接可以做得足够好,但是这种简化方法对于检查模拟和数字部分之间的相互作用很不准确？ (3)采用混合信号方法对模拟部分作晶体管级？对数字部分作逻辑门级仿真？这种途径要比 SPICE快很多,但是模拟求解程序对于大型设计则是个限制？ (4)对模拟部分用行为语言建模,再与数字逻辑一起仿真？数字电路用寄存器传输级(register transfer level,RTL)建模,或者用更高级的抽象级建模？这种方法是将整个设计先处理成一个系统后再仿真,它解决了仿真性能的问题？*一的缺点是对模拟行为级建模需要进行投资？ 为了正确地验证如今的复杂混合信号设计,需要结合采用上述验证方案？此外,当代仿真器在同一仿真运行条件下,允许设计中的不同部分用不同层次的抽象化结合,从晶体管级到 RTL级或更高级去进行仿真？ 复杂混合信号设计变得又大又复杂,并具有多种操作模式,对此类设计验证的主要挑战是,越来越难以采用传统直接测试的验证方法？混合信号设计中的模拟信号仿真是主要瓶颈？SPICE仿真的进步,比如快速 SPICE(fast‐SPICE)是以牺牲一些准确度来换取速度和容量的？另外,计算机多线程计算引擎进一步增加了容量和性能范围,但这些改进仍然难以跟上日趋复杂的混合信号设计的增长步伐(见图1.2)？ 用模拟和混合信号行为级建模与混合信号配合仿真应对这些挑战会有些帮助？这是因为目前建立模型与确认模型的技巧方法和工具已经更加方便,所以可以被继续采用？ 模拟和混合信号验证工程师传统上依赖于各种直接验证方法？如果设计部分的测试激励(覆盖)不能提供反馈,那么,额外测试就不会增添价值？数字验证工程师一直用基于断言验证(assertion‐based verification,ABV)和指标驱动验证(metric‐driven verification,MDV)的验证方法？ 图1.2 混合信号验证的挑战 各种验证方法的相对重要性:SPICE仿真技术的速度？晶体管级门级电路的混合仿真和建立并确认行 为级的模型为*主要的验证挑战 在指标驱动验证方法中,测试平台使用随机激励作为待测设计(design under test,DUT)的输入信号去增加组合数值？断言方法为设计部分的测试测题提供相关信息？测试测题能够测量覆盖率,覆盖率表示整个设计中被测试的百分比？如果测试不能增加覆盖率,说明它只是对已经测试过的设计部分作重复测试而已？根据这种有价值的反馈信息,工程师可以利用并去建造新的测试策略,进而对设计测试逐步做到完整的覆盖？ 为对模拟和混合信号应用类似数字的 MDV方法,需要在设计的 SPICE和模拟行为级中加入断言,还要提供对输入激励随机化的支持？行为语言？混合信号仿真器和验证计划环境的发展对模拟和混合信号设计早期采用 MDV产生了很大推动作用[3]？在第4章中,会对此作更加详尽的描述？ 低功耗技术在混合信号设计中的应用也进一步增加了验证挑战？ 1.3 行为建模 混合信号验证方法学的一个关键部分是在行为级建模？将模拟和混合信号 模块在高层次上通过抽象化连接起来,使得混合信号的仿真更加有效？不过这个 任务并不那么简单,它存在很多挑战？ (1)首先对模型的范围和目的必须有很好的理解,模型的合适模块和架构要仔细选择？在自上向下的方法学中,电路设计之前就开发模型,用于系统级功能验证的模型可以比较简单？在自下向上的方法学中,为了满足性能验证,所选择的模型需要和已经实施的模块配合,因此,要选用比较准确的模型？ (2)模型必须经过确认以确保它代表电路或参数所要求的准确度？ (3)模型必须经过更新校正,保持它和修改过的电路或参数一致？ (4)模型必须建得合适,在仿真过程中不会引起收敛问题？ (5)模型构建需要多学科的技能？建模需要工程师很好地理解模拟？混合信号技术和电路？编码？纠错？自动化技巧;理解模拟和混合信号仿真的算法？建模本身难以自动化,通常也难以找到这种很专一化的人才？ 尽管有这么多的挑战,行为建模还在继续进入混合信号仿真和验证领域,这要感谢行为级语言？技能开发和自动化的改进等方面的标准化？认可行为建模所提供的优点,让更多的设计队伍相信方法学转移是个初步投资,从生产率方面来说,方法学转移会得到*终回报？ 1.4 低功耗验证 数字设计工程师用低功耗技术去降低功耗的方法已经存在了一段时间？随着更多的数字逻辑集成到模拟设计中,优化功耗也成为许多混合信号设计的要求？今天的低功耗设计技术[4],例如多电压域？应用多阈值电压器件？反向偏置？电压调节？电源门控技术和电源关断技术,在很多混合信号设计中都有应用？这些技术给传统仿真方法添加了重大的难题？多电压域设计工作在几个模式下(正常？待机？测试等),要求验证每个模式的仿真数目迅速增长起来？与此同时,有些低功耗技术,例如电源关断技术,需要特殊考虑模拟区域和数字区域之间的信号交叉？典型的情况下,如果不添加一些参数,混合信号仿真器就不能处理这个问题？尽管可以要求对电学特性(如冲击电流和开启时间)进行分析,然而对全芯片低功耗验证来说,仿真动态验证的效率很低,在某些情况下,甚至不能检查出与低功耗意图相关的结构错误？ 在数字设计中,针对低功耗意图的形式验证方法学已经出现数年,这些方法被用在了从 RTL级开发到物理实现的设计转换中？形式验证用静态检查来保证在所有条件下,实际设计与计划设计相符合？对于低功耗意图设计的彻底验证,近代混合信号设计要求采用动态和静态方法相结合？捕获并且分享模拟和混合信号模块的低功耗意图非常不易,近期低功耗参数格式的标准化,尤其带有宏模型的能力,让人们看到了非常好的应用前景？ 1.5 可测试性设计 很多 SoC设计的测试成本超过了硅片成本？一个常规要求是不管它有什么样的I/O或者内部速度,也不管它的功能和混合信号的成分,这个芯片都可以在商业测试机上测试？为保证可测试性,器件必须有自建的内部测试电路,通常会使芯片尺寸增加10%,在很多情况下测试电路包含了冗余修复电路？ 为了测试设计的模拟和混合信号部分,芯片必须含有信号发生器和测量电路？因此,验证任务增加相当大？测试不能是事后诸葛亮,设计过程一开始就要考虑到测试计划,它必须成为设计方法学的一部分,对混合信号设计更是如此？ 1.6 芯片规划 混合信号 SoC设计要求很仔细的布图规划？对模块和输入输出接口如何布局作出正确决定,芯片架构师需要考虑到模拟？混合信号和射频模块的敏感性,还要考虑到布线？功耗？时序？噪声？封装以及其他约束？为了减小芯片面积,避免引起重新流片的问题,避免物理实现过程中的麻烦,需要考虑到上述各种约束？ 例如,有些设计要求在顶层对敏感信号线(总线？高速数据线？模拟线？射频线)作特殊布线处理时,模块布局位置要优化,以满足足够的布线资源,避免布线拥塞和信号干扰等问题？同样,敏感模拟模块的布局也要给予特殊处理,因为数字电路开关产生的噪声能够经过封装或者衬底传输,从而影响这些敏感模块的功能,甚至使它们完全失效？芯片规划中通过增加间隔的保守方法会增加芯片面积,从而降低产额？减小利润？ 为了满足产品进度,芯片规划常在所有模块还没有完成时就已经开始？此时,芯片架构师根据对信号流的理解,对软模块的大小进行估计,推算出一个优化的布图方案？在软模块形成硬模块的过程中,布图规划可以做一些调整？在顶层和模块实现过程中,因为模块布放形状？面积和信号接口位置能够同时优化,也会进一步减小芯片面积？除了信号流之外,芯片架构师还需要作电源域的规划和电源布线,在整个芯片初步规划中,由于互联线电阻和噪声产生的电压降,需要恰当地估计电源布线的覆盖？封装的影响也要考虑进来？含有模拟和混合信号模块的调整*特殊,因为此时没有仿真,很难作出准确的(电压降的)估计？工程师在早期电源规划时可以预估去耦合宏单元(decoupling cell)的布放位置和面积大小,这样可以保证芯片各处的电源分布和合理隔离？ 复杂的 SoC设计含有几十个,甚至上百个数字？模拟和混合信号模块？设计者必须用先进的方法去开发不同的结构并有所取舍？先进方法包含模块自动布