O que é design de CI analógico?

Neste artigo, vamos dar uma olhada de alto nível no processo de design de CIs analógicos.

Desenho de CI Analógico vs. Desenho de CI Digital

Desenho de CI Analógico difere muito do desenho de CI digital. Onde o design de CI digital é feito principalmente em um nível abstraído com sistemas e processos que determinam as especificidades de posicionamento e roteamento em nível de gate/transistor, o design de CI analógico geralmente envolve um foco mais personalizado em cada circuito, e até mesmo o dimensionamento e as especificidades de cada transistor.

Também, muitos processos de fundição são desenvolvidos principalmente para CIs digitais com características analógicas, o que requer que os projetistas de CI analógicos trabalhem com restrições de processo e características mais adequadas aos CIs digitais.

Imagem usada por cortesia de Rony B Chandran

Especificação de projeto

Equipes de projeto analógico geralmente começam com um conjunto de especificações e características, muito parecido com o projeto de CI digital. A partir daí, modelos funcionais das várias funções são usados para reduzir ainda mais as restrições e levar a decisões sobre o tamanho do dispositivo, tipo e outras características do processo. Isto pode incluir seleções de transistores, planejamento de piso de alto nível, inclusão de tecnologias de indutores e capacitores e a figura de mérito desejada para o CI e sub-circuitos.

Linguagem de descrição de hardware da arquitetura (AHDL), como VHDL-AMS, é usada para realizar simulações em altos níveis e determinar as restrições dos sub-blocos. Um banco de testes também pode ser desenvolvido nesta fase, que é posteriormente utilizado na simulação, embora os projetistas analógicos também desenvolvam frequentemente bancos de testes para seus projetos de sub-circuitos.

Projeto de sub-circuitos, layout físico e simulação

Com estes detalhes no lugar e dependendo da complexidade do circuito analógico, as equipes de projeto analógico normalmente atribuem o projeto dos sub-circuitos a indivíduos. São feitas medições de macro nível idealizadas que determinam ainda mais as restrições e expectativas de desempenho dos subcircuitos.

Em seguida, esses macro esquemas são decompostos em esquemas com elementos de circuito modelados a partir do processo de fundição. A simulação e otimização desses circuitos são realizadas, e então o processo de layout físico é iniciado. A colocação e o roteamento seguidos por verificações de regras de projeto (DRC) e layout versus esquema é feito antes da extração parasitária e da simulação pós-layout.

Uma simulação pós-layout pode revelar falhas no projeto e um processo iterativo de redesenho, layout e simulação pode ser necessário para atingir os objetivos finais do projeto e submeter o CI para tape-out. Sub-circuitos também podem passar por seu próprio projeto, layout e processo de simulação antes de todo o layout e simulação do chip, embora qualquer uma das abordagens possa levar à necessidade de redesenhar circuitos antes da saída de fita.

Exemplo de uma janela de forma de onda do Ambiente de Projeto Analógico de Cadência. Screenshot usado cortesia de Saad Rahman e Chintan Patel via Universidade de Maryland Baltimore County

Níveis de abstração analógica

Below são os níveis de abstração do processo de design do CI analógico:

Funcional

Comportamental

Macro

Circuit

Transistor

Disposição física

Fluxo de projeto do CI analógico

Os passos associados especificamente com o projeto do CI analógico podem ser decompostos da seguinte forma:

>
• Especificação de design
  • Especificações
  • Constraints
  • Topologias
  • Desenvolvimento de bancada de teste
• Fluxo esquemático
  • Sistema-nível entrada esquemática
  • Arquitectura HDL simulação
  • Block HDL especificação
  • Circuit-entrada esquemática de nível
  • Simulação e otimização de cilindros
• Fluxo físico
  • PCell-entrada de layout baseada
  • Verificação da regra de desenho (DRC)
  • Layout versus esquema (LVS)
  • Exploração parasitária
  • Simulação pós-layout
  • Tape-out