模拟IC设计的自动化综合流程初探

.36 .2

VolNo

TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE

企业技术开发

2017年2月

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余俊兴

(厦门元顺微电子技术有限公司，福建厦门361000)

摘要：文章把模拟IC设计的自动化综合流程作为研究对象，阐述了模拟IC设计的特点，形成了模拟集成 电路高层综合和物理版图综合的设计理念，希望可以为本行业的同仁有所启示。关键词：集成电路；设计；流程中图分类号：TN402

文献标识码：A

文章编号= 1006-8937(2017)02-0114-03

DOI ： 10.14165/j.cnki.hunansci.2017.02.038

A Preliminary Study on Automated Synthesis Process of

Analog IC Design

YU Jun-xing

(Xiamen Yuan Shun Microelectronics Technology Co.，Ltd.，Fujian Xiamen 361000, China)

Abstract:This paper expounded the characteristics of analog IC design，formed the design concept of analog integrated circuits

high-level synthesis and physical layout synthesis，to provide some enlightenment for researchers of this field.Keywords: integrated circuit; design; procedure

在集成电路的研发领域中，人们越来越关注半导体 物质的设计和使用，实现集成电路的自动化和实用性特 点。美国的SIA组织指出，直至2005年末，微型电子化产 品或许彻底具备制造工作频率为3.SGH〇的实力，系统芯 片的晶体管量或将升至1.4亿。截止至2014年末，系统芯

SYNOPSYS、CADENCE、MENTOR 等。

在集成电路的进一步研究中出现了模拟集成电路， 但是该集成电路的研发时间较短，使用范围较小，设备 的适用性较低，在实际使用中尚需进一步完善。通过设计 电路模型，采用仿真设备对线路排列进行大量的实验， 形成最终的优化结果。但是基于传统手工方式进行线路 设计需要花费很多时间，无法很好地适应电子产品的快 速化发展的需要。

现阶段，有学者将数模构建和集成电路进行结合研 发，实现集成电路的自动化和先进性目标，研发高科技 高适应性的CAD设备，优良的CAD设备对于工业经济的发 展具有促进作用。

GHz，总使用量是44亿晶体管。片的总功效为13.6

通过长时间的研发和探究，集成电路的专门化特殊 性研究方向向多样化综合性方向转变。

集成电路的概念，是指将众多的半导体材料在芯片 中以结构化的形式进行排列，这必然需要利用高新技术 和信息技术的支撑。从目前阶段来看，集成电路的自动 化方向研究，主要围绕了数字电路展开的，通过优化的 数字电路管理系统以及数字自动化管理工具，对集成电 路的排列进行总体设计和分布。从全球范围内看，最近 集成电路市场中出现了很多优秀的集成电路企业，包括

收稿日期= 2017-01-04

1 模拟集成电路独特性

传统模拟集成电路采用了手工方式进行方案设计，

作者简介:余俊兴（1983—)，男，河南平舆人，大学本科，工程师，研究方向：集成电路版图设计

第36卷第2期余俊兴:模拟1设计的自动化综合流程初探

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但是适应性较弱，花费时间较多。有些研究人员指出通 过借用数字集成电路的方式建立一个标准化的模型数 据库，有利于增加设计效率。但是在实际运行中发现，该 种想法还是比较浅薄的，操作不成功。所以，模拟集成电 路在设计中还是比较复杂的，其具有以下独特性。1.1逻辑抽象的复杂性

对于数字集成电路来说，仅安排好0和1之间的顺序 和组合即可，不同的逻辑单元很容易进行抽象表述，并 可以进行随机的组合和排列，从而适应于多种模块的需 要。电路逻辑抽象的便利性，有利于数字集成电路的快 速发展和市场适用性。但是，相对于模拟集成电路来说， 其电路的逻辑抽象表述是非常困难的，导致模拟集成电 路发展受到阻碍，无法进行深人研究和设计。1.2噪声敏感性

采用模拟信号进行数据传输过程中，其对于模拟集 成电路和设备的匹配度要求高，噪声的干扰性和电路的 适用性都非常严格和强制。在模拟集成电路设计中，要注 重细节方面的研究，包括设备匹配度、温度、技术性质以 及寄生数据等，这些方面的数据对集成电路的使用和功 能都有很大程度的限制，甚至导致整个电路的损坏。相较 于数字集成电路来说，模拟集成电路不但要求保证芯片 的小体积和轻重量，也要保证电路与设备的匹配度、线路 的关联特征等。对于集成电路的运行来说，如果线路排 列不紧密不规范，设备匹配性不高，极容易导致电路摩 擦，噪声干扰电路传输信号，甚至引起电路的功能损坏。 1.3功能检测复杂性

对模拟集成电路进行功能检测时，需要综合考虑多 种指标，具体为功能消耗量、网络传输速度、射频效率、 电阻性能、数据输出输人情况、工艺优先性、噪声数据、 电压情况等指标，对于检测的指标是多种多样的，没有 办法进行固定。一般情况下，一系列功能指标可以满足 多种模拟集成电路的需求；同时，满足某一项指标的集 成电路，在一些固定领域对于性能指标是具有先进性的， 但是并不具有全部指标的先进性。也就是说，性能指标 与模拟集成电路没有绝对的先进和优势。1.4建模仿真的复杂性

目前，对模拟集成电路的研究取得了很多成果，但 是电路的模型构造和仿真研究比较复杂，需要技术人员 使用专业知识和工作经经验进行处理。模拟集成电路的 精确性要求极高，所以，在模型构造中需要更高科技型。 鉴于模拟集成电路模型构建、仿真技术的复杂性，需要 知识渊博、技术过硬和经验丰富的专家进行操作和设计。

现阶段，模拟集成电路采用SPICE技术进行模型构建，没 有更高技术的逻辑抽象工具。模拟信号的传输和集成电 路的仿真，是模拟集成电路研究中需要深人研究的内容。 1.5逻辑单元的非规范性

对于数字集成电路来说，其可以对电路进行逻辑单 元抽象表述，并且逻辑单元可以进行任意组合和排列， 但是对于模拟集成电路来说，其缺乏标准化的逻辑抽象 单元，无法进行多种组合的排列。

2模拟集成电路的自动综合技术

模拟集成电路的自动化综合，是以集成电路的功能

参数做基础，采用信息技术对软件的功能描述到设计总 体框架图的全流程。该技术采用的从操作描述、框架描 述、性能描述以及最终的全图描述的设计理念，是模拟 集成电路研究的主要方向。该种模拟IC的自动化综合技 术，主要分为两个阶段，即逻辑综合阶段以及物理综合 阶段。

其中，逻辑综合阶段又进一步分为框架综合和线路 排列综合。框架综合，是指将对行为操作的数学表现转 变为逻辑线路设计的总流程。电路排列综合，包括电路 的具体结构和部件大小参数改进的全流程。物理综合， 是指将各部件参数改进后的电路结构图，与电路设计标 准进行结合形成最终的电路全图的流程。2.1模拟1C的逻辑综合

对于传统手工的模拟集成电路设计来说，采用了由 微观到宏观的设计思路。而模拟集成电路的自动化综 合，采用了操作描述、框架描述、性能描述以及最终的全 图描述的设计思路。在模拟集成电路的逻辑综合中，第一 步是将规定的电路参数、性能参数以及框架要求等条 件，通过数学方式进行操作行为的表述。现阶段经常使 用的SPICE模拟器，需要结合特殊的模拟环境进行操作， 适用性较低，并不能进行广泛应用。1999年，IEEE提出了 关于标准规范化的数学模型表述语言，即VHDL-AMS。 该表述语言可以为集成电路的操作行为描述，提供了规 范化设计的基础支撑。该语言可以将模拟集成电路与传 输信号数据进行操作表现，进一步进行电路框架综合的 描述。为了进一步提高信号传输的精确性和安全性，还 需要对目前的HDL进行优化和更新。对于模拟集成电路 和传输信号的表现，不仅可以使用VHDL.AMS语言，还可 以使用MHDL语言和Verilog-AMS语言。使用标准化语言 对电路进行描述，不仅可以更为专业，也可以让整个设 计过程更加清晰。

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企业技术开发

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2.2电路物理综合设计

模拟集成电路的逻辑综合完成之后，就需要进行物 理综合的描述。物理综合描述，是指对电路各控件进行 优化并和设计标准进行结合，形成一个物理框架图。鉴于 模拟集成电路的高性能要求，需要电路每一参数值都非 常标准，但是电路中的寄生参数会影响部件的设计标准， 导致电路功能下降。所以，在设计中，需要对集成电路设 计情况进行分析和评估，确保寄生参数值、空间匹配度 以及信号安全性进行合理控制。改进后的物理框架图在 电路完成时，使用了数学公式对限制条件进行了表现，对 花费成本和安全性进行了分析，并使用了模拟退火方式 进行物理框架设计。集成电路的物理综合表现，可以将 专家学者的工作经验转变为规则和标准，使用这些标准 对电路的排列和组合进行分布。在进行模拟集成电路的 物理综合设计时，既要考虑电路性能状况，也要对芯片 体积和能量消耗进行控制。并且，在对电路的行为表述 和部件优化时期，要对各部件的匹配程度进行关注，使用 一些固定的限制条件来进行集成电路的物理综合表述。3

结语

模拟集成电路的总设计过程是一项复杂的工程，需 要技术人员具有专业知识，需要多次试验和长时间的测 验，在设计中，还要结合多种信息技术。在模拟集成电路

的自动综合设计中，包括行为操作的描述开始到最终物 理综合的实现，都需要使用CAD工具进行电路数据的提 取和排列。不仅需要对电路固定部件进行提取数据，还 需要多电路结构以及芯片上的寄生参数进行提取和处 理。所以，当设备进行投人生产之前，需要对集成电路的 使用性能进行检验，以确保电路排列和组合满足设备的 运行，实现研发的目的。同时，在生产之前，还要对该设 备整体进行测试和模拟仿真，分析该设备的运行情况和 使用性能。模拟集成电路的总流程，包括逻辑综合和物 理综合，从不同方面进行了阐述和描绘。电路的内部架 构和部件选取，属于电路形成阶段，进行系统的逻辑描 述和设计，从理论架构上进行电路的设计和研究。而物 理综合相当于电路的几何框架阶段。根据逻辑综合中形 成的设计方案进行实际的设计和构建，形成实际的电路 排列图。逻辑综合和物理综合相辅相成，共同为模拟集 成电路的实现提供基础。参考文献：

[1] 余俊兴.模拟1C设计的自动化综合流程初探[J].中外企业

6,2015,(179:210,214.

[2] 樊丽春，李群.模拟集成电路设计的自动化综合流程研究

[J].科技资讯，2013 87 9:62,64.