当今，随着越来越多消费产品功能的不断升级，无线连接已无处不在，对复杂的混合信号SoC设计的需求量正在大幅度增长。为顺应这一发展趋势，Synopsys公司发布了Discovery AMS，作为一项全新的芯片级混合信号验证解决方案。

     在各类市场上，我们都可以看到许多精密复杂产品的涌现。比如手机和PDA正以拍摄数码相片作为附加功能。而在汽车工业等诸多领域，也不断推出越来越复杂的精密产品。这证明了在未来的设计中，提供丰富的功能是成就与众不同的产品的关键，而且通常要内置无线连接功能。为满足市场对功能丰富产品的迫切需求，设计人员正在开发将大规模的模拟部件和大规模的数字部件整合起来的芯片。

     此外，亚微米级几何尺寸与高运行频率结合起来，意味着数字逻辑电路这时的性能表现与模拟电路相似。实际上，当今设计上的进步对验证技术提出了一项新的挑战。

     但是，实践已经证明，传统型的验证方法已经不足以解决当今新一代的设计难题，这就预示着混合信号设计需要一项新的全芯片级验证解决方案。

     目前的验证流程为何失败

     在传统的验证流程中，分别设立的数字设计团队和模拟设计团队事实上是在相互独立的情况下开展工作的。这样可能导致算法和接口方面的问题被忽视。尽管他们认真地按照系统技术规格努力工作，但存在的问题可能等到整个设计周期完成后，才能检查出来，而这时的问题可能对功能和时序产生重大影响。这种方法的结果可能导致硅片的重新设计，不但增加了成本，而且最终会造成产品推迟上市的昂贵代价。

     在传统方式中，由不同团队来验证同一设计的数字部分和模拟部分；数字部分在综合/HDL环境下验证，而模拟部分在电路仿真环境下验证。但是，由于验证团队的工作相互独立，导致混合信号SoC的验证并未得到芯片级的集成。集成问题是通过测试台的假设和在模拟电路区域周围提供充足的防护隔离带，将数字噪声与敏感的模拟电路基底材料隔离开来解决。

     但是，随着更加复杂的功能正在整合到芯片中，以及芯片内置时钟的频率不断提高，防护隔离带方案已经成为一项不现实的方案，这是因为它无法解决内嵌在模拟电路块中的功能。另外，硅材料或顶盖区块非必要的浪费会造成制造成本的额外增加。

     另一种方法是选用数字式的HDL来对模拟电路块的行为进行建模。但是，这些模型无法模拟所有的模拟电路行为，并且在HDL模型和模拟电路的实际功能间缺乏相关性。同样地，在晶体管级对整个芯片的仿真只能在设计周期末尾才是可行的。而这种方法的计算量非常大，从而延迟了对技术规范定义阶段就存在的缺陷的检测。

     目前，许多SoC芯片包含同样大规模的数字电路和模拟电路，也有与模拟电路特性类似的高速数字模块。传统方法针应对混合信号验证的不足，意味着业界对下一代混合信号验证解决方案的需求。

     混合信号验证的需求

     理想的混合信号验证解决方案应该具备在模拟电路模块和数字电路模块之间进行验证的功能。仿真器必须足以对设计中的模拟和高性能数字部分的深亚微米效应进行准确的建模，例如信号串扰和地线反弹。在90纳米及以下工艺时，为了确保工作情况满足要求，还应该对寄生效应进行验证。

     对于负责多方面验证工作的设计人员来说，这套解决方案应该具备高性能和大容量的仿真能力，以快速仿真规模不断加大的设计。此外，为了进行芯片布局后的分析，该方案还应该能够有效地处理大量的寄生数据，而同时要通过模型相关，在仿真器之间提供一致的结果。另一项不断增长的需求是支持建立在语言标准上的形为建模方法，例如Verilog-AMS，以实现在设计过程中尽早对体系架构进行探测和对功能进行验证。

     Discovery AMS提供了一套完整的混合信号验证解决方案

     Discovery-AMS是Synopsys公司在其业界领先的高性能仿真器VCS、 HSPICE和NanoSim等基础上开发的混合信号验证解决方案。Discovery-AMS提供了一个完整的验证环境，能够对全芯片混合信号设计进行验证，并内置对Accellera 2.0标准所定义的Verilog-AMS语言的支持。Discovery-AMS提供了独一无二的精度、性能、容量结合，及灵活地对以任意Verilog、SPICE、Verilog-A和Verilog-AMS的设计组合进行仿真（如图1所示）。

     · 验证接口信号

     · 直接使用原始的RTL、门电路和晶体管级的网表

     · 直接使用Verilog的测试台和支持VHDL

     VCS HDL仿真器同时具备高性能和大容量，满足了对当前数百万门电路级数字电路设计的验证需要。它提高了验证的效率，支持可验证设计方法，这种方法使用VCS的断言语句来表述技术规范，而VCS在随后的仿真中对其进行监测。从提早进行设计探测和功能仿真，直至最终认可，VCS缩短了各个验证步骤的时间，它提供支持的方面包括：模型开发、仿真服务器配置、测试台创建、覆盖率反馈、调试和ASIC提供商的认可。

     NanoSim是一个高性能的晶体管级电路仿真和分析工具，它能够处理数百万晶体管的设计。它采用了智能化分区技术，并结合了基于事件和基于时序的仿真。NanoSim能够自动对多种拓朴结构进行检测，例如模拟偏置电路和数字单元电路，并针对拓朴结构采用适当元器件模型。其时序和功耗分析功能为设计调试提供了便利，并有助于及早在设计过程中查明缺陷，避免硅片重新设计。

     HSPICE提供了一个高精确度的电路模拟环境，它将经过验证的精确的集成电路器件模型与先进的仿真和分析算法结合起来，仿真出由于串扰、振铃和地线反弹所造成的各种问题。HSPICE已经成功地应用于超过一百万片集成电路的设计中，其中包括集成电路的精确特征化，时钟网络设计、总线和关键信号设计。

     Discovery AMS的核心部分是由HSPICE和NanoSim晶体管级仿真器与VCS数字仿真器的内核直接集成。集成中对性能进行了优化，确保将多领域仿真器接口所造成的开销控制在最低程度。协同仿真运行时，只以一个进程来进行，没有任何相互通信之间的开销，并共享相同的内存空间。

     应对混合信号验证的挑战

     Discovery AMS为复杂的混合信号和客户定制SoC的设计提供了用于功能和时序验证的完整解决方案。它能够验证混合信号设计中的模拟和数字信号接口，混合信号设计可在完整系统环境下进行实时仿真，而不需要采用简化模型或设计折衷方案，例如防护隔离带。它还易于采用数字仿真常见的自校测试台，实现对这些电路改变的快速迭代和验证。

     HSPICE-VCS为模拟、数字和混合信号电路的设计人员提供了灵活而可靠的环境，可对它们进行设计、验证和特征提取，满足设计中的晶体管级部分要求的最高精度。HSPICE-VCS的灵活性保证了设计人员能够容易地对元器件建模，并在所要的设计抽象级对设计进行仿真。

     在验证周期的末期，单个模块经过验证后，此时就可将整个系统组合起来进行全芯片级的验证。典型情况下在设计周期的末期采用NanoSim-VCS进行芯片级的验证，只需几个小时就能完成以前需几天的工作。

     NanoSim与Synopsys领先的寄生参数提取工具Star-RCXT紧密集成， 能够将提取的寄生参数准确地反标，以完成布线后的验证。通过这个接口， NanoSim从Star-RCXT读取层次化的网表和寄生参数，自动处理与层次相关及名字不匹配的问题。

     随着设计复杂度的不断增加，一种正在快速增长的方法是建立在对混合层次系统的形为建模基础上，设计人员能够先不考虑底层硅工艺，就能探测不同的体系架构。Discovery-AMS通过支持Verilog-AMS OVI 2.0标准来支持这种方法。

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     混合信号设计实例分析这个简要的实例分析描述了Discovery AMS是如何应用在一个真实的混合信号设计中的。这个设计针对的是发射/接收的模拟通道器件，设计团队在设计方法上采用了Discovery AMS。所设计的芯片主要应用在电话和其它通讯设备中，执行数字化、编码和将模拟信号发送到线路上的功能，而同时对数字输入信号进行解码，并在模拟线路上并行发送出去。芯片中包括20万个模拟晶体管和50万个数字门电路，并采用0.13微米制造工艺（图2）。 图2. 混合信号设计实例 通过一个高抽象级的仿真方法，设计团队能够探索各种选项的效果，例如模数转换位数对于保真度的影响，以及模数转换的体系架构（SAR和管道）对数据率的影响。多种系统仿真能够在短时间内进行，设计人员能够选择最佳体系结构的设计。在高抽象级上的设计阶段完成后，这些保存下来的标准结果数据将用于与下一设计阶段的功能验证进行比较。在设计团队转入模块设计阶段时， 采用NanoSim-VCS进行全芯片仿真，验证系统的模块和其它部件之间的相互作用。由于HSPICE完成了单个模块的设计验证，全芯片仿真是在正在进行的基础上运行的。晶体管级设计模块取代了设计前期所使用的行为模型。这种方法确保了在设计周期中，尽早查明诸如信号极性颠倒、总线位交换和容性负载效应等方面的问题。在模块级设计完成后，工作进入到最后验证阶段。对模拟电路和混合信号模块、电源管理模块、模数转换模块、电话振铃模块和存储器模块进行晶体管级的仿真，对数字信号处理器（DSP）进行Verilog门级的仿真。此外，其中包括了寄生参数，用于测试振铃模块输入/输出的灵敏度。由于大量的测试向量，这一阶段的数据处理能力非常关键，NanoSim和VCS的高性能引擎对此提供了保证。这个实例分析表明了Discovery-AMS是如何应用在设计周期的整个过程，从技术规范定义到最后的验证，并提供了设计上的高置信度及一次性硅设计成功的整体概率。

     解决最复杂的SoC验证挑战

     随着超深度亚微米（UDSM）技术的继续发展，时间与设计量方面的压力将不断考验着设计过程。而对混合的模拟和数字系统的需求将增加设计尖端SoC的费用。为了满足这些需求，设计人员需要一套足以用来准确验证混合信号设计的解决方案，以迎合不断增长的设计规模的要求。Discovery AMS提供了在市场上领先的仿真器技术和易用性，使工程师能够应对最为复杂的混合信号SoC验证难题。