Разработка автоматизированной системы проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка автоматизированной системы проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей

Ионов Леонид Платонович, аспирант кафедры “Информационных технологий и вычислительных систем” Московского Государственного Технологического Университета «Станкин», инженер ФГУП ИТМиВТ.

Аннотация

проектирование интегральный моделирование интеллект

Рассмотрена задача проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Предложены методы автоматизации проектирования, основанные на использовании схемотехнического моделирования, параметрической оптимизации и искусственного интеллекта. На базе предложенных методов и алгоритмов разработана автоматизированная система проектирования DAC Compiler.

Введение

В современных аналого-цифровых интегральных схемах (ИС) аналоговые блоки обычно занимают сравнительно малую часть площади кристалла, при этом их разработка требует непропорционально большего времени и усилий разработчиков. В цифровых ИС широко используется синтез схемы на основе описания на языке высокого уровня, а также автоматическое размещение и трассировка топологии. По примеру цифровых ИС во многих работах [1, 2] было предложено использовать синтез электрической схемы и для аналоговых блоков. Данный подход применим для широкого класса наиболее часто используемых аналоговых блоков. В то же время универсальность описываемого метода влечет за собой и один существенный недостаток: он не учитывает специфику каждого конкретного типа схем. Второй, более современный подход [3, 4], состоит в разработке ряда инструментов синтеза, каждый из которых оптимизирован для конкретного типа устройств (аналого-цифровые преобразователи (АЦП), ЦАП, операционные усилители и т.д.).

Независимо от того, разрабатывается система для универсального использования или для специфического класса схем, есть 3 основных подхода к её построению [5]:

- системы на основе продукционных баз знаний;

- системы на основе использования мягких вычислений для решения задач параметрической оптимизации и топологического синтеза;

- комбинация перечисленных выше подходов.

В данной работе разрабатывается специализированная система автоматизированного проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей, основанная на применении комбинационных методов построения.

1. Алгоритм автоматизированного проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей

На рис. 1 представлена структурная схема процесса проектирования блока ЦАП в среде разрабатываемой системы.

Исходными данными для проектирования являются: проектные ограничения, технологическая информация, разрядность ЦАП, напряжение питания, скорость преобразования, линейность и т.д. Начальное решение, на базе которого будет выполняться оптимизация, выбирается программой автоматически из библиотеки схемотехнических решений. Данная библиотека является открытой и может дополняться и редактироваться.

Для оценки характеристик получаемой схемы используется 3 типа анализов:

1. Схемотехническое моделирование на уровне транзисторов

2. Поведенческое моделирование

3. Аналитические формулы и выражения

При схемотехническом и поведенческом моделировании могут использоваться наиболее распространенные системы моделирования: HSPICE и Spectre.

Рис. 1. Структурная схема процесса проектирования блока ЦАП в среде разрабатываемой системы

Проектная параметрическая оптимизация не является чем-то новым при разработке аналоговых схем [6]. Тем не менее, оптимизация схем ЦАП представляет собой особую задачу. Особенность состоит в том, что часть ограничений носит целочисленный характер. Оптимизация выполняется методами целочисленного нелинейного программирования. В результате получаем оптимизированное схемотехническое описание модуля ЦАП.

На этапе проектирования топологии первоначально формируется требуемая геометрия элементарных ячеек (источников тока, источников смещения, переключателей и т.д.). Размещение элементарных ячеек и блоков, а также их трассировка осуществляется с использованием существующих методов, адаптированных к построению топологии ЦАП [7].

Физическая верификация используется для проверки соответствия топологии конструкторско-технологическим ограничениям и исходной электрической схеме. Также на данном этапе производится моделирование блока ЦАП с учетом экстрагированных паразитных элементов.

Заключение

В данной работе представлено описание специализированной системы автоматизированного проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей. В процессе данной работы была создана экспертная система проектирования модулей ЦАП, включающая базу данных схемотехнических и топологических решений; разработана специализированная целевая функция для проведения оптимизации, учитывающая специфику функционирования блоков ЦАП; разработана среда для проведения моделирования и оценки характеристик синтезируемой схемы; реализованы методы автоматического размещения и трассировки топологии.

Литература

1. Gielen G.G.E, Walscharts H.C.C, and Sansen W.M.C. Analog circuit design optimization based on symbolic simulation and simulated annealing. IEEE J. Solid-State Circuits, June 1990, vol. 25, no. 3, pp. 707-713.

2. Cohn J.M., Garrod D.J., Rutenbar R.A., and Carley L.R. Techniques for simultaneous placement and routing of custom analog cells in KOAN / ANAGRAM II. Proc. Int. Conf. on Computer-Aided Design. November 1991, pp. 394-397.

3. Neff R.R. Automatic Synthesis of CMOS Digital/Analog Converters. Ph.D. dissertation. University of California at Berkeley, UCB/ERL. April 1995.

4. Iskander R. Synthesis of CMOS analog cells using AMIGO. Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition, 2003 pp. 297-302

5. Зинченко Л.А. Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования. / Десятая национальная конференция по искусственному интеллекту, Сентябрь 2006

6. Yang Xu, Pileggi L.T., Boyd S.P. ORACLE: optimization with recourse of analog circuits including layout extraction. / Design Automation Conference 2004, pp. 151-154.

7. Arsintescu, B.G., Otten, R.H.J.M. Constraints space management for the layout of analog IC's. / Design, Automation and Test in Europe. February 1998, pp. 971 - 972.

Размещено на Allbest.ru