Che cos’è la progettazione di circuiti integrati analogici?

In questo articolo, daremo uno sguardo di alto livello al processo di progettazione di circuiti integrati analogici.

Progettazione IC analogico vs. Progettazione IC digitale

La progettazione IC analogico differisce notevolmente dalla progettazione IC digitale. Dove la progettazione di circuiti integrati digitali è fatta per lo più a un livello astratto con sistemi e processi che determinano le specifiche del posizionamento e dell’instradamento a livello di gate/transistor, la progettazione di circuiti integrati analogici comporta generalmente un’attenzione più personalizzata in ogni circuito, e persino il dimensionamento e le specifiche di ogni transistor.

Inoltre, molti processi di fonderia sono sviluppati principalmente per circuiti integrati digitali con caratteristiche analogiche, il che richiede ai progettisti di circuiti integrati analogici di lavorare con vincoli di processo e caratteristiche più adatte ai circuiti integrati digitali.

Immagine usata per gentile concessione di Rony B Chandran

Specifiche di progettazione

I team di progettazione analogica generalmente iniziano con una serie di specifiche e caratteristiche, proprio come per la progettazione di circuiti integrati digitali. Da lì, i modelli funzionali delle varie funzioni sono usati per restringere ulteriormente i vincoli e portare a decisioni sulla dimensione del dispositivo, il tipo e altre caratteristiche del processo. Questo può includere selezioni di transistor, pianificazioni di alto livello, inclusione di tecnologie di induttori e condensatori, e figura di merito desiderata per l’IC e i sottocircuiti.

Il linguaggio di descrizione hardware dell’architettura (AHDL), come VHDL-AMS, è usato per eseguire simulazioni ad alti livelli e determinare i vincoli dei sottoblocchi. Un test-bench può anche essere sviluppato in questa fase che viene poi usato nella simulazione, anche se i progettisti analogici spesso sviluppano anche dei test-bench per i loro progetti di sub-circuiti.

Progettazione di sub-circuiti, layout fisico e simulazione

Con questi dettagli a posto e a seconda della complessità del circuito analogico, i team di progettazione analogica tipicamente assegnano la progettazione di sub-circuiti a persone. Vengono effettuate misure idealizzate a livello macro che determinano ulteriormente i vincoli e le aspettative di prestazione dei sottocircuiti.

In seguito, questi macro schemi vengono scomposti in schemi con elementi di circuito modellati dal processo di fonderia. La simulazione e l’ottimizzazione di questi circuiti vengono eseguite, e poi inizia il processo di layout fisico. Posizionamento e instradamento seguiti da controlli delle regole di progettazione (DRC) e layout rispetto allo schema sono fatti prima dell’estrazione parassita e della simulazione post-layout.

Una simulazione post-layout può rivelare difetti nel progetto e un processo iterativo di riprogettazione, layout e simulazione può essere richiesto per soddisfare gli obiettivi finali di progettazione e presentare l’IC per il tape-out. I sottocircuiti possono anche essere sottoposti al proprio processo di progettazione, layout e simulazione prima del layout e della simulazione dell’intero chip, anche se entrambi gli approcci possono portare alla necessità di riprogettare i circuiti prima del tape-out.

Esempio di una finestra di forma d’onda del Cadence Analog Design Environment. Screenshot usato per gentile concessione di Saad Rahman e Chintan Patel attraverso l’Università del Maryland Baltimore County

Livelli di astrazione analogica

Di seguito sono riportati i livelli di astrazione del processo di progettazione IC analogico:

1. Funzionale
2. Comportamentale
3. Macro
4. Circuito
5. Transistor
6. Disposizione fisica

Flusso di progettazione IC analogico

I passi associati specificamente alla progettazione IC analogico possono essere suddivisi come segue:

• Specifiche di progettazione
  • Specifiche
  • Costri
  • Topologie
  • Sviluppo del banco di prova
• Flusso schematico
  • Ingresso schematico a livello di sistemalivello schematico
  • Simulazione HDL dell’architettura
  • Specifica HDL a blocchi
  • Inserimento schematico a livellocircuito
  • Simulazione e ottimizzazione del circuito
• Flusso fisico
  • Inserimento layout basato su PCellbasato sul layout
  • Controllo delle regole di progettazione (DRC)
  • Layout contro schema (LVS)
  • Estrazione parassita
  • Simulazione post-layout
  • Tape-out