目前最先進(jìn)的模擬和射頻電路，正廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、無(wú)線通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的SoC中。它們帶來(lái)了一系列驗(yàn)證方面的挑戰(zhàn)，而這些挑戰(zhàn)往往是傳統(tǒng)SPICE、FastSPICE和射頻仿真軟件無(wú)法完全解決的。這些挑戰(zhàn)包括：多于10萬(wàn)個(gè)器件的設(shè)計(jì)復(fù)雜度、大于幾GHz的時(shí)鐘主頻、納米級(jí)的CMOS工藝技術(shù)、低功耗、工藝變化、非常明顯的非線性效應(yīng)、極度復(fù)雜的噪聲環(huán)境以及無(wú)線/有線通訊協(xié)議的支持問題。

在現(xiàn)如今大多數(shù)傳統(tǒng)的電路仿真軟件開發(fā)時(shí)，這些挑戰(zhàn)都還沒有存在。在很多情況下，當(dāng)今的模擬和射頻電路在流片之前的驗(yàn)證工作往往就是收斂性和精度的問題?，F(xiàn)有的驗(yàn)證流程并沒有很好地跟上設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的變化，因此，對(duì)于全定制的模擬/射頻子系統(tǒng)芯片來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)往往需要花上幾周甚至幾個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)計(jì)者往往傾向于使用過于保守的設(shè)計(jì)方法，導(dǎo)致設(shè)計(jì)不夠完全優(yōu)化，增加了驗(yàn)證時(shí)間。因此，模擬/射頻驗(yàn)證技術(shù)的不足是導(dǎo)致這些芯片推遲量產(chǎn)的主要原因。

傳統(tǒng)的SPICE模擬器不再能夠滿足要求。新的驗(yàn)證工具要求SPICE提供高精度的噪聲分析、更快的驗(yàn)證速度，以及增加的容量。Berkeley設(shè)計(jì)自動(dòng)化公司的精確電路分析工具展示了解決當(dāng)今復(fù)雜驗(yàn)證問題的能力。本文將回顧面向消費(fèi)、無(wú)線、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的SoC中的模擬/射頻驗(yàn)證技術(shù)存在的問題，并探討新技術(shù)如何能夠幫助領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司顯著降低產(chǎn)品驗(yàn)證時(shí)間，從而迅速投入批量生產(chǎn)。

模擬/射頻驗(yàn)證

遇到的巨大挑戰(zhàn)

基于SPICE仿真的驗(yàn)證流程對(duì)于小規(guī)模的模擬/射頻模塊來(lái)說(shuō)很有效。但是，由于SoC中要集成的模擬功能越來(lái)越多，同時(shí)，便攜式無(wú)線以及消費(fèi)設(shè)備市場(chǎng)中還在不斷涌現(xiàn)新的功能模塊，因此，模擬/射頻模塊的復(fù)雜度在高速增長(zhǎng)。傳統(tǒng)用于小型模擬/射頻模塊的驗(yàn)證流程已經(jīng)不能有效地應(yīng)用在那些復(fù)雜的大型模擬/射頻電路中。仿真往往需要幾天到幾周，在許多情況下，甚至無(wú)法收斂。

模擬電路已從原來(lái)的上百個(gè)器件增長(zhǎng)到現(xiàn)在的10幾萬(wàn)個(gè)器件。設(shè)計(jì)現(xiàn)在分為多層次和多模塊，通常會(huì)將無(wú)源器件集成

在相同的襯底上。因此，仿真器需要有對(duì)全電路進(jìn)行功能仿真的能力。目前，電路頻率從MHz提高到了數(shù)GHz。周期性分析成為許多高速模擬電路應(yīng)用的一個(gè)重要要求。仿真器需要很好地處理瞬態(tài)和周期性分析，以更好地預(yù)測(cè)芯片實(shí)際的工作性能。

另外，目前的射頻電路無(wú)一例外地轉(zhuǎn)向多工作頻率的方式，頻率之間的差別會(huì)達(dá)到幾個(gè)數(shù)量級(jí)，如集成了VCO（壓控振蕩器）、混頻器等的收發(fā)器芯片。仿真器必須能夠高效率地執(zhí)行瞬態(tài)分析，以適應(yīng)那些有多個(gè)工作頻率而且頻率之間差別很大的電路。

工藝技術(shù)的不斷發(fā)展和演變是驗(yàn)證問題日益嚴(yán)重的另外一個(gè)原因。模擬和射頻電路從以前的微米級(jí)工藝（如雙極工藝）轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的CMOS納米級(jí)工藝。在納米級(jí)工藝中，圓片間和圓片內(nèi)的工藝參數(shù)變化會(huì)極大地影響電路性能和良率。自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)能夠幫助解決這一問題，但代價(jià)就是額外的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和設(shè)計(jì)面積的增大。因此，對(duì)于中等規(guī)模的電路來(lái)說(shuō)，仿真器需要具有SPICE的精確性和高性能，以進(jìn)行各種工藝角和蒙特卡洛分析。

在這些高性能的復(fù)雜電路中，互連線和PCB板會(huì)顯著影響電路在GHz頻率的工作表現(xiàn)，特別是在納米級(jí)的CMOS工藝下，影響更加明顯。寄生參數(shù)分析非常必要，用于找出敏感的模塊，并驗(yàn)證其在周圍環(huán)境中的互連情況。因此，對(duì)于具有多模塊的電路來(lái)說(shuō)，仿真器需要具有像SPICE那樣能夠在布局后進(jìn)行高效寄生參數(shù)提取的能力，同時(shí)也包括對(duì)PCB板布線的處理。

最后，器件固有噪聲（如熱噪聲和閃爍噪聲）以及其它數(shù)字/模擬/射頻電路引起的外部噪聲已經(jīng)演變?yōu)橐浑A效應(yīng)。器件的噪聲能顯著影響重要的模擬和射頻電路模塊， 如ADC、VCO、PLL等。仿真器必須能夠提供精確的內(nèi)部分析和外部分析，包括隨機(jī)噪聲源和確定噪聲源。

目前電路仿真工具的局限

目前來(lái)自設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的主要抱怨是，對(duì)于那些復(fù)雜的模塊設(shè)計(jì)和全電路驗(yàn)證來(lái)說(shuō)，能夠很好地為小型模擬和射頻電路工作的傳統(tǒng)SPICE仿真流程已經(jīng)無(wú)法滿足要求。對(duì)于小模塊設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師依靠晶體管級(jí)的SPICE仿真，能夠充分精確地驗(yàn)證他們的小電路模塊。他們通常進(jìn)行電路仿真、布局后仿真、參數(shù)變化分析（工藝角和蒙特卡洛分析），還包括封裝電感和傳輸線效應(yīng)分析、噪聲分析（確定的熱噪聲和閃爍噪聲）和射頻電路的周期性分析。這些仿真能夠保證電路的功能和性能，而且對(duì)于小模塊來(lái)說(shuō)，能夠大大減少芯片不工作的風(fēng)險(xiǎn)。