集成电路设计和布局中需要的电路仿真--上海韬放电子科技有限公司

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2020-12-08

每个集成电路都包含数百万个晶体管和其他基本电路元件，所有这些元件都需要仔细设计和优化以提供所需的电气性能。在典型的集成电路中，设备中的每个模块都需要由较小的电路以及最终嵌入硅晶片中的单个组件精心构建。在将电路块在超大规模集成（VLSI）布局软件中组合在一起之前，需要仔细优化设计的每个部分。

仿真工具可能是设计优化的重要组成部分，因为设计人员可以在将电路块集成到物理布局中之前尝试不同的组件和拓扑。当需要电路仿真作为VLSI布局的一部分时，正确的电路仿真工具集将有助于使用参数扫描进行设计优化。这是VLSI设计和布局中电路仿真的内容。

VLSI需要哪些电路仿真？

为集成电路构建电路块时，每个电路将需要自己的一组仿真。系统中从电气行为到噪声和热行为的所有事物都应进行仿真，以确保可以适当优化设计。大型VLSI布局的模拟仿真非常耗时，因此在连接到大型系统之前先对单个电路模块进行仿真。

在VLSI布局中，每个基本电路模块通过在每个模块之间级联输入和输出而组合在一起，成为更大的模块。在下面显示的1位累加器电路中，一个累加器块的输出将连接到另一个累加器块的输入。然后，总线输出将在集成电路中的一条线上连接在一起，并路由到另一个集成电路块中。

Virtuoso中显示的VLSI布局的累加器电路。

在这个简单的示例和其他VLSI设计中，应执行的重要电路仿真包括：

为给定的一组输入生成的输出信号（在上面的示例中，底部输出组和总线输出均产生）

组成较大电路的每个基于晶体管的电路的电气行为

电路块消耗的总电阻功率

上面列出的每个领域都非常广泛，但是作为VLSI设计的一部分，可以使用一些简单的仿真技术来解决这些问题。在每个这些领域中，使用基于SPICE的仿真器创建电路仿真都是最容易的。数十年来，该仿真工具已成为行业标准，包括集成电路设计。下面总结了一些可以在基于SPICE的模拟器中执行的重要模拟任务。

电气行为	模拟类型	笔记
数字电路的开关行为	瞬态分析	注意切换期间的阻尼不足振荡。
电路块之间的信号传输	瞬态分析和扫频	目的是检查输入/输出阻抗，作为微波电路匹配的一部分。
晶体管线性范围	直流负载线与基极/栅极电流的关系	确定发生饱和的基极/栅极电流极限。
共鸣和带宽	传递函数（鲍德图）	任何谐振和电路的带宽都可以在波特图中直接看到。
能量消耗	瞬态分析	动态功耗可以通过对数字或宽带模拟信号进行瞬态分析来确定。
电路稳定性	零极点分析	这快速总结了给定输入信号的电性能是否稳定（例如，正反馈与负反馈）。

一旦执行了这些仿真任务并确定了电路重要部分的电气行为，就可以开始级联电路块，以检查信号如何在整个集成电路中传播。这是检查信号如何通过由多个互连电路块组成的真实集成电路传输的第一步。VLSI布局中电路仿真的另一个重要方面是电路优化，其中电路仿真可用于确定每个电路模块的最佳设计参数。

电路优化和VLSI布局

使用电路仿真的重要部分是设计优化。这是电子设计的广阔领域，针对PCB和IC中的特定结构（例如，传输线，阻抗匹配网络和去耦电容器的选择）已经开发出许多独特的优化方法。电路优化的目标是平衡不同的电气目标，例如最大化的功率效率，最小的阻抗偏差或最大的信号带宽。

这些设计目标经常相互竞争，并且在没有正确的电路仿真工具集的情况下，手动仿真电路中的每个参数值非常耗时。