利用ADMS平臺(tái)加速混合信號(hào)集成電路設(shè)計(jì)

3. Mach

SPICE仿真的特點(diǎn)是精度高、速度慢。做模擬電路設(shè)計(jì)時(shí)，用SPICE仿真一般可以滿(mǎn)足要求。但是當(dāng)電路規(guī)模增加、尤其是增加了晶體管級(jí)描述的數(shù)字電路部分之后，SPICE顯得過(guò)慢。相同的仿真條件下，SPICE的仿真時(shí)間隨著晶體管的增加甚至不是線性上升，而是呈指數(shù)次方上升。這樣電路仿真成為設(shè)計(jì)的瓶頸，這一點(diǎn)在后仿真階段也經(jīng)常遇到。

于是Mach作為Fast-SPICE應(yīng)運(yùn)而生。Mach在Eldo的基礎(chǔ)上，通過(guò)查表方式的晶體管模型迅速提高了仿真速度。相比Eldo，Mach可以將仿真速度提升10～1,000倍。速度提升犧牲的是精度，不過(guò)損失的精度能夠控制在3%之內(nèi)。Mach的處理容量也是非常巨大的，最大可以達(dá)到2,000萬(wàn)個(gè)器件。于是對(duì)于一些精度要求不是非常嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，當(dāng)需要快速驗(yàn)證時(shí)，Mach成為必需，如存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)。

ADMS是一個(gè)混合信號(hào)驗(yàn)證平臺(tái)，集成了以上三種工具的技術(shù)。對(duì)模擬電路部分，采用Eldo的仿真算法，或者M(jìn)ach的快速仿真算法；對(duì)數(shù)字部分，采用ModelSim的仿真算法。但是ADMS并不是這些工具簡(jiǎn)單拼起來(lái)，它有單一的內(nèi)核引擎。

采用ADMS進(jìn)行設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的數(shù)字設(shè)計(jì)流程和模擬設(shè)計(jì)流程被打散并重新組合，設(shè)計(jì)師可以在任何階段對(duì)電路進(jìn)行驗(yàn)證，數(shù)字設(shè)計(jì)和模擬設(shè)計(jì)通過(guò)ADMS組成一個(gè)整體。

最新發(fā)布的ADMS4.0版增加了SystemVerilog語(yǔ)言和SystemC支持，這使得ADMS支持的語(yǔ)言達(dá)到了八種，即VHDL、Verilog、SPICE、VHDL-AMS、Verilog-AMS、SystemVerilog、SystemC 以及C，涵蓋了目前大部分的集成電路設(shè)計(jì)語(yǔ)言。這使得用ADMS進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)方法靈活多變，而工具卻只有一個(gè)。輸入ADMS的文件可以只有一個(gè)，不管其中的內(nèi)容是HDL、SPICE，還是C語(yǔ)言，ADMS都可以讀入，并自動(dòng)進(jìn)行處理，給出仿真結(jié)果，例如在模擬電路中引入一個(gè)HDL描述的IP，或者是工具附帶單元庫(kù)里的一個(gè)VHDL-AMS行為級(jí)描述的運(yùn)放單元，各種語(yǔ)言可以無(wú)縫地組合到一起。

ADMS提供了靈活的使用方式。它既可以集成到Mentor Graphics的電路圖編輯工具DA-IC中，也可以集成到Cadence的Schematics Composer中(圖3)，另外還可以單獨(dú)使用。應(yīng)用時(shí)ADMS的界面與經(jīng)典的ModelSim相似，操作簡(jiǎn)單，其樹(shù)狀結(jié)構(gòu)顯示使得整個(gè)設(shè)計(jì)一目了然。使用時(shí)只需要讀入輸入的各種文本文件(可以以數(shù)字結(jié)構(gòu)為最頂端層次，也可以以模擬結(jié)構(gòu)為最頂端層次)，即可由ADMS進(jìn)行仿真和調(diào)試。

ADMS的輸出文件可以被其它工具的多種波形觀察工具查看和計(jì)算，不過(guò)ADMS附帶有兩個(gè)功能強(qiáng)大的波形處理工具Xelga和EZwave，可以同時(shí)處理數(shù)字和模擬信號(hào)，并進(jìn)行各種操作與運(yùn)算。

Eldo RF在Eldo的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，針對(duì)射頻電路使用了新的技術(shù)，ADMS也可以擴(kuò)展到ADMS RF，成為針對(duì)射頻混合信號(hào)SoC設(shè)計(jì)的工具。

ADMS附帶了很多行為級(jí)描述的單元庫(kù)，稱(chēng)為CommLib，其中包括三百多種常見(jiàn)的基本單元，如ADC、DAC、PLL、Σ-Δ、OP等等。各種庫(kù)提供了大量的接口參數(shù)供修改，在設(shè)計(jì)中可以直接調(diào)用這些單元庫(kù)，增加仿真速度，以及方便調(diào)試電路。CommLib還有一個(gè)“行為級(jí)模型校正”(BMC，Behavior Model Calibration)的功能，通過(guò)BMC以及ADMS的驗(yàn)證，可以將所設(shè)計(jì)的電路圖抽象到行為級(jí)。在仿真的時(shí)候，行為級(jí)的仿真速度比晶體管級(jí)快1,000倍，這樣可以將部分電路抽象到行為級(jí)，從而增加仿真速度，并方便調(diào)試。抽象化技術(shù)在大規(guī)模電路設(shè)計(jì)中越來(lái)越得到頻繁應(yīng)用。

本文小結(jié)

ADMS是一種真正意義上的模擬/混合仿真工具，它可提供全面的語(yǔ)言與設(shè)計(jì)方法支持。目前，中國(guó)真正在做混合信號(hào)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師雖然不多，但毫無(wú)疑問(wèn)，正在逐漸增加。那么，究竟在什么樣的情況下，需要轉(zhuǎn)到混合信號(hào)設(shè)計(jì)呢？也許可以簡(jiǎn)單地作這樣一個(gè)描述：當(dāng)使用HDL仿真器的數(shù)字電路設(shè)計(jì)工程師面臨增長(zhǎng)的模擬部分和模擬電路行為，卻苦于不足的模型以及仿真精度時(shí)；當(dāng)使用SPICE或者FastSPICE的模擬電路設(shè)計(jì)工程師，面臨增長(zhǎng)的數(shù)字復(fù)雜度以及大規(guī)模，苦于仿真速度過(guò)慢時(shí)。這些時(shí)候，采用混合信號(hào)設(shè)計(jì)，就可以提升設(shè)計(jì)速度和效率以及設(shè)計(jì)水平，并降低產(chǎn)品成本。