基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法技术

本发明专利技术提供一种数模混合集成电路敏捷设计方法以及装置，采用数字集成电路自动化设计流程的方式设计数模混合集成电路。效仿数字集成电路标准单元库的思想，根据模拟集成电路行为级功能对其进行单元化，并针对模拟单元电路不同的性能指标进行原理图和版图设计，建立模拟单元库。通过调用单元库里的电路模块辅助电路前端设计，在物理综合过程中，基于模拟单元库和数字标准单元库，利用常见的数字布局布线工具实现布局布线的自动化，用以解决现有技术中模拟集成电路版图设计过程中迭代优化效率低且数字后端软件难以兼容模拟集成电路后端设计的问题。设计的问题。设计的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法


[0001]本专利技术涉及模数转换
，特别涉及一种基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法。

技术介绍

[0002]随着数模混合集成电路的高速发展，一方面数字集成电路的设计从高层次综合到低层次物理版图布局基本实现自动化，模拟集成电路设计自动化研究的落后，严重制约数模混合集成电路的发展，增加了设计周期和成本；另一方面，摩尔定律的加倍效应减缓，使得复杂度和成本定律带来的问题不可忽视，制作周期越来越长，设计效率越来越低，错误代价的时间成本非常高。开源模拟和数字IP，构建共享开放型设计平台是大势所趋。
[0003]人工智能在集成电路设计自动化迈向智能化的历程上存在两个问题：首先是芯片设计领域AI技术能否助力硬件设计软件化。设计过程中版图设计往往需要花费很长时间。AI技术如果可以被用于版图设计自动化，将大大地提高设计效率；其次是设计复用问题。电路设计中针对不同的应用场景，大多数的模块尤其是模拟电路部分往往需要重新设计，难以实现设计复用。如果能够类比软件开发中的函数库，在设计过程中随意调用，那么设计效率也会大大提高。美国国防部高级研究计划局DARPA在2018年“电子复兴计划”峰会上针对这两个问题分别提出了IDEA和POSH方案，IDEA方案面向全自动芯片版图生成器，包括数字、模拟和数模混合信号电路的版图生成自动化。POSH方案针对开源硬件，希望能发展出可持续的开源硬件生态以及相应的验证工具并提供一个经过广泛认证的开源硬件基础模块库，大家都可以自由调用这些库里的模块，从而避免在硬件领域重复设计的问题。建立从RTL级到系统级别的设计库，借助于编译器编辑调用和综合优化，以最高的效能实现一个片上系统。
[0004]模拟电路自动化设计分为前端设计参数优化和后端设计自动化布局布线。早期的模拟电路参数优化工作依赖于交流符号模型和基于方程的方法，需要首先对模拟电路进行建模。目前的工作则更侧重基于人工智能的自动化设计，根据SPICE高性能模拟仿真结果，基于黑盒无梯度的优化方法对一个或多个性能指标进行单目标或多目标参数优化，包括差分进化算法、遗传算法、贝叶斯优化算法和强化学习。
[0005]人工智能算法在电路优化中起重要作用的同时，往往需要较大的算力支持。而模拟电路的设计过程中迭代优化的次数很多，在每次迭代优化的过程中都需要耗费很大的算力资源。同时人工智能算法的优化方向是随机而宽泛的，在传统设计流程中，依靠的是设计者的经验，可以避免很大一部分的无用迭代优化，如何利用设计者经验干预算法的优化方向是值得研究的问题。在人工智能用于后端布局布线设计自动化的尝试中，很难给出明确的可识别的工艺约束条件，这就使得自动生成的物理版图往往存在很多的工艺规则错误，对于大规模数模混合集成电路，这将带来很大的设计成本。相比较而言，目前的数字后端设计软件已经可以很好的避免这个问题。目前大多数的基于人工智能算法的模拟集成电路自动化设计方法都未经过硅验证。
[0006]基于数字标准单元库的可综合ADC的由于其模拟电路全部由数字标准单元组成，因此对模拟电路的结构有很大的限制，进而制约了ADC的整体结构与性能指标。首先数字标准单元库无法实现ADC中所需的电容阵列以及双端口电容器，这对ADC的架构设计提出了很高要求；其次数字标准单元库无法实现栅压自举采样开关，仅能采用传输门结构的开关电容结构，这就意味着，输入信号很难具有较高的线性度；同样的，基于标准单元库设计运放并不容易，因此无法应用于流水线及∑
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Δ结构ADC的设计。因此可综合ADC往往只能被用于具有中低性能指标要求的ADC设计中，例如随机闪存ADC和基于VCO的ADC。
[0007]数字集成电路系统设计领域有相当成熟的电子设计自动化(EDA)软件工具用于实现从高层次综合到低层次版图布局，模拟集成电路设计则没有相应的软件水平。如果成熟的数字布局布线工具可以被用于模拟集成电路的设计，采用类似于数字电路的基于标准单元库的设计方法将会极大地缩短模拟集成电路的设计周期。

技术实现思路

[0008]本专利技术是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法，效仿数字集成电路标准单元库的思想，根据模拟集成电路行为级功能对其进行单元化，并针对模拟单元电路不同的性能指标进行原理图和版图设计，建立模拟单元库；通过调用单元库里的电路模块辅助电路前端设计，在物理综合过程中，基于模拟单元库和数字标准单元库，利用常见数字布局布线工具实现布局布线的自动化，本专利技术采用了如下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，根据系统电路的性能指标确定模数转换器的系统架构及内部各电路模块的结构，所述电路模块包括模拟集成电路模块、数字逻辑控制电路模块、时钟分频电路模块；步骤S2，对所述模拟集成电路模块进行行为级功能单元化，将其划分成多个结构单元；步骤S3，根据各所述结构单元的性能指标范围，设计多尺寸规格的所述结构单元的原理图及版图，从而建立模拟单元库；步骤S4，通过调用所述模拟单元库，完成所述模拟集成电路模块原理图设计；步骤S5，设计所述数字逻辑控制电路模块；步骤S6，对所述模数转换器的数模混合集成电路进行前仿真，分析验证所述数模混合集成电路功能的正确性，并根据前仿真结果进行模拟电路参数优化；步骤S7，输出所述模拟集成电路模块的门级网表，调用所述模拟单元库，并利用数字布局布线工具生成所述模拟集成电路模块的物理版图；步骤S8，基于所述模拟集成电路模块的物理版图，提取寄生参数，对所述模拟集成电路模块进行后仿真，并根据后仿真结果进行所述模拟电路参数优化；步骤S9，输出所述模数混合集成电路的门级网表，并利用所述数字布局布线工具完成自动化布局布线，从而生成所述模数混合集成电路的物理版图。
[0010]本专利技术提供的基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法，还可以具有这样的技术特征，其中，步骤S7和S9中，所述数字布局布线工具基于TCL脚本生成所述物理版图，包括以下步骤：设置工作路径并配置工艺库文件；导入对应的所述门级网表；布局布线；LVS；以及生成所述物理版图。
[0011]本专利技术提供的基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法，还可以具有这样的技术特征，其中，所述布局布线包括以下子步骤：步骤A1，对所述模拟电路模块、数字
逻辑电路模块以及时钟分频电路模块进行布局规划；步骤A2，对输入输出端口的位置进行布局，并完成所述模拟电路模块的手动位置布局以满足其对称性要求；步骤A3，利用常见数字布局布线工具对所述数字逻辑电路进行自动布局并填充FILLER和DCAP以保证电源的连接性；步骤A4，布置电源线；步骤A5，布置信号线时，考虑到模拟信号对称性及耦合要求，模拟信号线手动绘制，数字信号线采用自动布线。
[0012]本专利技术提供的基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法，还可以具有这样的技术特征，还包括以下步骤：步骤S10，提取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S2，对模数转换器中的模拟集成电路模块进行行为级功能单元化，将其划分成多个结构单元；步骤S3，根据各所述结构单元的性能指标范围，设计多尺寸规格的所述结构单元的原理图及版图，从而建立模拟单元库；步骤S4，通过调用所述模拟单元库，完成所述模拟集成电路模块原理图设计；步骤S7，输出所述模拟集成电路模块的门级网表，调用所述模拟单元库，并利用数字布局布线工具生成所述模拟集成电路模块的物理版图；步骤S9，输出所述模数转换器的模数混合集成电路的门级网表，并利用所述数字布局布线工具完成自动化布局布线，从而生成所述模数混合集成电路的物理版图。2.根据权利要求1所述的基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法，其特征在于：其中，步骤S7和步骤S9中，所述数字布局布线工具基于TCL脚本生成所述物理版图，包括以下步骤：设置工作路径并配置库文件；导入对应的所述门级网表；布局布线；LVS；以及生成所述物理版图。3.根据权利要求2所述的基于数模混合标准...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈迟晓，张久山，李沛哲，林锋，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：