Vad är analog IC-design?

I den här artikeln tar vi en översiktlig titt på processen för att designa analoga IC:er.

Analog IC-design kontra digital IC-design

Analog IC-design skiljer sig mycket från digital IC-design. Medan digital IC-design mestadels sker på en abstrakt nivå med system och processer som bestämmer detaljerna i placering och routing på gate-/transistornivå, innebär analog IC-design i allmänhet ett mer personligt fokus på varje krets, och till och med på storleken och detaljerna för varje transistor.

Och många gjutningsprocesser är i första hand utvecklade för digitala kretsar med analoga funktioner, vilket innebär att konstruktörer av analoga kretsar måste arbeta med processbegränsningar och funktioner som är bättre lämpade för digitala kretsar.

Bild som används med tillstånd av Rony B Chandran

Konstruktionsspecifikation

Analoga konstruktörsteam börjar i allmänhet med en uppsättning specifikationer och funktioner, precis som vid konstruktion av digitala kretsar. Därifrån används funktionella modeller av de olika funktionerna för att ytterligare begränsa begränsningarna och leda till beslut om enhetens storlek, typ och andra processegenskaper. Detta kan omfatta val av transistorer, golvplanering på hög nivå, införande av induktans- och kondensatortekniker och önskat värde för kretsen och underkretsarna.

Arkitekturens hårdvarubeskrivningsspråk (AHDL), t.ex. VHDL-AMS, används för att utföra simuleringar på höga nivåer och fastställa begränsningarna för underblock. En testbänk kan också utvecklas i detta skede som senare används vid simulering, även om analoga konstruktörer ofta också utvecklar testbänkar för sina underkretskonstruktioner.

Design av underkretsar, fysisk layout och simulering

Med dessa detaljer på plats och beroende på den analoga kretsens komplexitet tilldelar analoga konstruktionsgrupper vanligtvis underkretsarnas konstruktion till enskilda personer. Idealiserade mätningar på makronivå görs som ytterligare bestämmer begränsningarna och prestandaförväntningarna för underkretsarna.

Följande av detta bryts dessa makroscheman ner till scheman med kretselement som modelleras från gjuteriprocessen. Simulering och optimering av dessa kretsar utförs, och sedan börjar den fysiska layoutprocessen. Placering och routing följt av konstruktionsregelkontroller (DRC) och layout jämfört med schemat görs före utvinning av parasiter och simulering efter layout.

En simulering efter layout kan avslöja brister i konstruktionen och en iterativ process med omkonstruktion, layout och simulering kan krävas för att uppfylla de slutliga konstruktionsmålen och lämna in IC:n för tape-out. Delkretsar kan också genomgå sin egen design-, layout- och simuleringsprocess före hela chiplayouten och simuleringen, även om båda tillvägagångssätten kan leda till att kretsar måste designas om före tape-out.

Exempel på ett vågformsfönster i Cadence Analog Design Environment. Skärmbild används med tillstånd av Saad Rahman och Chintan Patel via University of Maryland Baltimore County

Analoga abstraktionsnivåer

Nedan följer abstraktionsnivåerna för den analoga IC-designprocessen:

1. Funktionell
2. Beteende
3. Makro
4. Krets
5. Transistor
6. Fysisk layout

Flöde för konstruktion av analoga integrerade kretsar

De steg som är specifikt förknippade med konstruktion av analoga integrerade kretsar kan delas upp enligt följande:

• Designspecifikation
  • Specifikationer
  • Begränsningar
  • Topologier
  • Testbänksutveckling
• Schemaflöde
  • System-nivå
  • Arkitektur HDL-simulering
  • Block HDL-specifikation
  • Krets-nivå
  • Simulering och optimering av kretsar
• Fysiskt flöde
  • PCell-baserad layoutinmatning
  • Design rule check (DRC)
  • Layout versus schematic (LVS)
  • Parasitutvinning
  • Simulering efter layout
  • Tape-out