数字模拟混合集成电路设计分析

数字模拟混合集成电路设计分析

缪众林

深圳市中兴微电子技术有限公司

摘 要：集成电路在各个行业广泛应用，对微电子行业以及技术发展起到一定的促进作用。中国信息产业发展进程中，集成电路发挥重要作用，除了数字电路之外，还包括模拟电路以及数字模拟混合电路等等，在进行设计的过程中，需要高度重视的是数字模拟混合集成电路。数字模拟混合电路主要应用于通信领域和电子工业领域，其他领域也开始频繁应用数字模拟混合电路。本论文着重于研究数字模拟混合集成电路设计。

关键词：数字模拟；混合集成电路；设计

引言：

中国在近年来集成电路发展速度加快，其设计方面依然不能满足制造要求，两者依然存在很大的差距。中国的制造业发展速度不断加快，即便是超大型集成电路制造设备也能够制造出来，这是由于工艺技术方面，已经掌握了14 nm级产品，即便是在国际范围内也比较具有先进性。但是集成电路在设计方面则为0.1μm，可见，是比较落后的。虽然模拟集成电路在近年来不断发展，但是与数字集成电路相比较，存在明显的滞后性。所以，模拟集成电路设计水平要不断提高，数字模拟混合电路技术还需要进一步发展^[1] 。在设计数字模拟混合集成电路的时候存在很大的难度，在开展设计工作中，除了数字设计备受关注之外，模拟设计也需要得到高度重视。设计的时候所遵循的流程不是通用的，而是单独的，需要对有关设备是否适用进行检查。

一、集成电路设计抽象级别

集成电路设计的同时还需要进行仿真操作，在此基础上，从上而下的抽象级别具体如下：

其一，系统级别。在进行仿真操作以及系统的设计或者验证的时候采用这个系统级别，能够对实现特定结构标准加以确定。

其二，寄存器转换级电路级。对于电路功能的描述，可以通过总线、组合电路、控制电路以及寄存器实现，其中涵盖结构描述以及纯逻辑描述。其中，纯逻辑描述有广泛的适用性，在电路通用设计的过程中经常使用，电路关键设计的过程中通常采用结构描述方式。

其三，门级。对于电路的布尔功能关系采用逻辑门结构化连接方式加以描述。

其四，开关级。对晶体管之间所采用的连接方式进行描述，以对电路信号路径的时序信息加以验证。

二、设计数字模拟混合集成电路的思路

在集成电路的设计过程中，要考虑到产品制造的需求，制造技术应达到纳米级，设计技术上就要创新，如果依然采用传统模拟电路以及设计思想和流程，就无法达到预期的效果。如果在设计模拟电路的时候依然采用传统方式，先从下面开始设计，然后向上推进，而在数字电路的设计中，则是从上面开始设计，然后向下推进。模拟操作的过程中，信号能够进行基本的切换操作，基于晶体管级仿真运行，切换模块就可以确定为行为级。电路图所发挥的主要作用是指导和控制模拟电路设计，当设计数字电路的时候，硬件语言可以对模块予以设计。在具体的工作中，要针对设计数字模拟混合电路的过程中所采用的方法展开讨论，就需要应用新的设计概念、方法以及流程。在数字模拟混合信号集成电路设计以及制造的过程中，在同一基板上完成模拟部分和数字部分。通信方面，无论是模拟到数字，还是数字到模拟，都需要发挥数字/模拟信号转换接口的作用。

如果数字模拟混合电路结构设计非常理想，当进入到仿真环境中，进行集成模拟操作以及实施数字算法中，就要使用仿真装置，用模拟的方式对电路进行解释。混合信号集成电路设计中应用仿真装置，需要同步执行两种算法，而且两者完全不同，在转换算法的时候，可以保证信号准确。在事件的驱动下数字仿真装置运行，模拟仿真器的控制动态化。建立混合信号设计原理图，就会有分层网表文件生成，在设计仿真环境的时候，要采用仿真的方法对设计加以验证。模拟电路模型不同于数字电路模型，其是应用数据格式设备建立统一模型库，各种因素必然会对其有所限制，诸如技术、所投入的资金等等，甚至制造商壁垒也会对其造成负面影响。从现在普遍应用的数字混合信号仿真模拟操作的平台来看，不仅能够仿真操作，而且可以实施数字验证，其实现所采用的都是帧祸合形式^[2] 。不通过的EDA制造商会根据自身需要选择相应的同步机制，这就需要详细介绍模拟电路仿真装置和数字电路仿真装置，如果是在同一个仿真环境中，就要进行集成处理。此外，还需要在一个公用数据库中存储模型和数据，数据库访的时候使用框架管理器实施管理。

三、电路设计过程中需要遵循的流程

（一）设计模拟电路

模拟集成电路在系统配置方面与技术量存在不同，在进行设计的时候，设计人员起到决定性的作用。在进行模拟电路设计的过程中，最为重要的是电路参数的落实。设计人员要能够准确界定模拟电路所发挥的功能，还要对各项关键参数范围合理确定，诸如信噪比以及时序等等。设计模拟电路的时候，如果进行仿真操作所获得的结果可以满足有关要求，就需要展开后续设计。电路参数的选择中，要充分考虑到电路设计的需要，并且与仿真结果相关。当完成设计并进行模拟从左之后，不能直接交给制造商，而是要创建电路几何图形，用于描述电路结构。当进入到验证环节，就是要对与电路图相匹配的情况加以确定。对于电路图采用仿真测试方式，指导仿真结果与规定的要求相符合位置，确保电路设计合理。

（二）设计数字电路

在进行数字电路设计以及仿真操作的过程中，需要对集成电路布局认真分析，正确解读仿真电路中的延迟信息，在约束文件中会有一些限制性的内容，以此作为依据，向门级别的网表上映射RTL级别描述的代码，当芯片工况以及设计标准在约束文件中正确记录的时候，才能保证合成结果准确^[3] 。在这项操作中，通过应用连线负载模型可以获得标准单位延迟。之后，在门级网表上自动布线，促使逻辑设计转换为物理设计。芯片面积要尽量小，还要相应地缩短布线总长度，以保证良好的电气性能。

（三）设计数字模拟混合电路

在进行仿真设计的过程中，在每个抽象层次需要仿真装置模拟操作数字电路和模拟电路，结合运行同步信号转换机制，对于电路仿真模糊操作结果要充分结合，这对模拟混合电路进行模拟仿真操作的质量以及效率都起到决定性的作用。

在进行物理设计的过程中，通常模拟电路模块所在位置是数字模拟混合芯片边角，与I/0引脚的距离比较近，确保最短的布线。运行模拟电路模块的时候后会产生噪声，做好隔离工作是非常必要的。需要注意的是，电路模块布局要尽量远离芯片上的敏感电路。如果模拟模块有较高的敏感度，就不能靠近其噪声源。如果模拟电路模块的功耗比较高，就需要将其在电源附近布局，保证芯片布通率。

结束语：

通过上面的研究可以明确，微电子技术在近年来快速发展，在对集成电路的设计中会缩小器件结构的规格，要创新设计数字模拟混合信号集成电路，技术水平就会有所提高。通过对该技术进行研究，可以对相关技术更加深入地研究，还要从实际出发积极探究新的设计方法，以推进集成电路设计张不断采用新技术，这对设计工作全面发展起到一定的促进作用。

参考文献：

[1] 张璐阳， 戚聿东. 数字技术背景集成电路产业颠覆创新模式构建[J]. 科学学研究， 2021， 039(5):10-11

[2] 孙灏， 陈启航. 浅谈数字集成电路静态参数实验室间比对[J]. 科学与信息化， 2020，000(29):37-38.

[3] 刘天娇， 赖燕， 蔡戬，等. 集成电路数字化制造下质量控制难点研究[J]. 黑龙江科技信息， 2020， 000(6):176-177.