[发明专利]基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法

说明书

本发明提供一种数模混合集成电路敏捷设计方法以及装置，采用数字集成电路自动化设计流程的方式设计数模混合集成电路。效仿数字集成电路标准单元库的思想，根据模拟集成电路行为级功能对其进行单元化，并针对模拟单元电路不同的性能指标进行原理图和版图设计，建立模拟单元库。通过调用单元库里的电路模块辅助电路前端设计，在物理综合过程中，基于模拟单元库和数字标准单元库，利用常见的数字布局布线工具实现布局布线的自动化，用以解决现有技术中模拟集成电路版图设计过程中迭代优化效率低且数字后端软件难以兼容模拟集成电路后端设计的问题。

技术领域

本发明涉及模数转换技术领域，特别涉及一种基于数模混合标准单元库的模数转换器敏捷设计方法。

背景技术

随着数模混合集成电路的高速发展，一方面数字集成电路的设计从高层次综合到低层次物理版图布局基本实现自动化，模拟集成电路设计自动化研究的落后，严重制约数模混合集成电路的发展，增加了设计周期和成本；另一方面，摩尔定律的加倍效应减缓，使得复杂度和成本定律带来的问题不可忽视，制作周期越来越长，设计效率越来越低，错误代价的时间成本非常高。开源模拟和数字IP，构建共享开放型设计平台是大势所趋。

人工智能在集成电路设计自动化迈向智能化的历程上存在两个问题：首先是芯片设计领域AI技术能否助力硬件设计软件化。设计过程中版图设计往往需要花费很长时间。AI技术如果可以被用于版图设计自动化，将大大地提高设计效率；其次是设计复用问题。电路设计中针对不同的应用场景，大多数的模块尤其是模拟电路部分往往需要重新设计，难以实现设计复用。如果能够类比软件开发中的函数库，在设计过程中随意调用，那么设计效率也会大大提高。美国国防部高级研究计划局DARPA在2018年“电子复兴计划”峰会上针对这两个问题分别提出了IDEA和POSH方案，IDEA方案面向全自动芯片版图生成器，包括数字、模拟和数模混合信号电路的版图生成自动化。POSH方案针对开源硬件，希望能发展出可持续的开源硬件生态以及相应的验证工具并提供一个经过广泛认证的开源硬件基础模块库，大家都可以自由调用这些库里的模块，从而避免在硬件领域重复设计的问题。建立从RTL级到系统级别的设计库，借助于编译器编辑调用和综合优化，以最高的效能实现一个片上系统。

模拟电路自动化设计分为前端设计参数优化和后端设计自动化布局布线。早期的模拟电路参数优化工作依赖于交流符号模型和基于方程的方法，需要首先对模拟电路进行建模。目前的工作则更侧重基于人工智能的自动化设计，根据SPICE高性能模拟仿真结果，基于黑盒无梯度的优化方法对一个或多个性能指标进行单目标或多目标参数优化，包括差分进化算法、遗传算法、贝叶斯优化算法和强化学习。

人工智能算法在电路优化中起重要作用的同时，往往需要较大的算力支持。而模拟电路的设计过程中迭代优化的次数很多，在每次迭代优化的过程中都需要耗费很大的算力资源。同时人工智能算法的优化方向是随机而宽泛的，在传统设计流程中，依靠的是设计者的经验，可以避免很大一部分的无用迭代优化，如何利用设计者经验干预算法的优化方向是值得研究的问题。在人工智能用于后端布局布线设计自动化的尝试中，很难给出明确的可识别的工艺约束条件，这就使得自动生成的物理版图往往存在很多的工艺规则错误，对于大规模数模混合集成电路，这将带来很大的设计成本。相比较而言，目前的数字后端设计软件已经可以很好的避免这个问题。目前大多数的基于人工智能算法的模拟集成电路自动化设计方法都未经过硅验证。

基于数字标准单元库的可综合ADC的由于其模拟电路全部由数字标准单元组成，因此对模拟电路的结构有很大的限制，进而制约了ADC的整体结构与性能指标。首先数字标准单元库无法实现ADC中所需的电容阵列以及双端口电容器，这对ADC的架构设计提出了很高要求；其次数字标准单元库无法实现栅压自举采样开关，仅能采用传输门结构的开关电容结构，这就意味着，输入信号很难具有较高的线性度；同样的，基于标准单元库设计运放并不容易，因此无法应用于流水线及∑-Δ结构ADC的设计。因此可综合ADC往往只能被用于具有中低性能指标要求的ADC设计中，例如随机闪存ADC和基于VCO的ADC。