西门子EDA推出改良混合信号IC验证平台

第59届年度设计自动化大会（DAC）将于本周举行。DAC是设计自动化工具供应商聚集在一起展示其解决方案的首要活动。活动将于7月10日至14日在旧金山举行。

在昨天的展会上，西门子EDA（前身为Mentor）推出了一款名为Symphony Pro的混合信号验证软件的主要新版本。

在本文中，我们将研究Symphony Pro旨在解决的问题，深入了解产品细节，并分享我们采访西门子EDA混合信号业务部门首席产品经理Sumit Vishwakarma时的见解。

 

崛起中的混合信号芯片设计

很明显，同时具有模拟和数字电路的混合信号芯片IC正变得越来越普遍。SoC和ASIC设计者越来越多地发现对混合信号设计的需求。包括物联网、通信、汽车和工业控制在内的市场对这一需求做出了贡献。

 

在物联网、通信、汽车和工业控制领域，工程师们正在开发更多的混合信号芯片，根据IBS Research的数据，85%的设计开始采用混合信号。（点击放大）

 

西门子表示，例子包括将模拟信号链与5G大规模MIMO无线电中的数字前端（DFE）混合，在雷达系统中制作数字RF采样数据转换器，以及将模拟像素读出电路与数字图像信号处理相结合的图像传感器。

其他例子包括通过使用先进的混合信号电路来实现PAM4信令，从而满足数据中心计算的数据需求。西门子引用了市场研究公司IBS（国际商业战略）的数据，该公司表示，目前85%的设计启动是混合信号。

 

混合信号验证的挑战

混合信号IC设计验证是一项具有挑战性的任务，因为验证所需的仿真必须同时适应模拟仿真和数字仿真领域。Vishwakarma说，这两个领域在很多方面都不同。数字设备以离散值操作，而模拟电路以连续域操作。

此外，数字电路处理高（1）或低（0）的二进制状态，而模拟电路的节点电压和分支电流可以任意取正值或负值，他说。重要的是，数字模拟可以在几分钟内快速完成，但模拟模拟既慢又计算密集，需要数小时甚至数天才能完成。

 

当混合信号设计中的模拟信号不在离散的高/低阈值内工作时，需要捕获数据点“X”，并在调试时使其可用。

 

西门子EDA之前的混合信号验证工具Symphony于2018年发布，通过使用一种名为实数建模的技术，使用模拟信号的数字近似来捕获模拟信号信息，从而解决了其中的许多挑战。

这使得模拟能够以100%的数字设计流程和所需的所有速度进行。这在准确性方面是有局限性的。它假设从模拟到数字再到模拟的转换是完美的，但事实并非如此。Vishwakarma指出，混合信号设计中90%的错误发生在模拟到数字的边界。

考虑到所有这些，新的Symphony Pro工具添加了方法，以确保在模拟阶段收集所有重要的模拟波形数据，并可用于调试。

 

Symphony Pro可视化工具体系结构和流程

Symphony Pro的一个关键功能是其可视化工具调试环境。Vishwakarma解释说，有三个阶段构成了显象仪的流程。就像任何纯数字模拟器一样（例如Siemen EDA的Questa），首先是编译阶段，您可以获取Verilog网表并对其进行编译。第二阶段是优化。这就是该工具丢弃所有冗余数据的地方，只保留用于优化设计的重要设计信息。

 

Symphony Pro创建了一个模拟和混合信号数据库，其中包括所有模拟和数字波形数据。这些数据被输入到Visualizer MS Debug环境中。

 

第三阶段是模拟。Vishwakarma说，正是在模拟阶段，你施加刺激，运行模拟并生成波形。此时，Symphony Pro创建了一个模拟和混合信号数据库。该数据库将数字块的数字设计信息Verilog和SystemVerilog以及模拟设计信息与晶体管级数据相结合。该数据库还具有所有的模拟波形数据。

根据Vishwakarma的说法，Symphony Pro将数字和混合信号这两个数据库输入到Symphony Pro的Visualizer Debug环境中。Visualizer Debug是西门子EDA的数字模拟器工具Questa附带的数字调试工具。但现在，使用新的模拟和混合信号数据库信息，生成的数据在Symphony Pro的一个名为Visualizer MS（混合信号）的新工具中可视化。

 

Visualizer MS提供多方面调试功能

Visualizer MS调试工具允许工程师构建混合信号层次结构。如下图所示，用户可以使用不同的窗口分析设计和调试。您可以跟踪混合信号层次结构，并查看SPICE网表和RTL源代码。您只需双击其中任何一个即可查看相关电路或查看Verilog源代码。

 

Symphony Pro的Visualizer MS调试工具中的几个窗口可用于方便复杂的调试任务。这里显示了四个。（点击放大）

 

Symphony Pro中的Visualizer MS调试工具提供了几个窗口，让工程师可以从不同的角度分析混合信号设计。其中包括：

• “设计窗口”允许您显示整个混合信号层次结构，并为不同的模拟语言提供颜色编码。
• “源代码窗口”允许您查看HDL语言和SPICE中设计块的源代码。
• 变量窗口显示所选块内的网络，其中混合信号网络清晰可见。
• “原理图窗口”提供了具有基于实例的连接的设计连接视图。
• 波形窗口显示包括边界元素（边界元素）的波形，并对原理图窗口进行反向注释。
• 用于驱动器/接收器跟踪的逻辑锥形窗口
• MSNet窗口提供了所有混合信号网和插入的BE的视图。

西门子EDA以前的工具Symphony和Symphony Pro之间的一个重要区别是，Symphony Pro只能与西门子EDA模拟器一起使用。相比之下，Symphony与其他供应商的模拟器兼容。

 

漫长的旅程和更轻松的未来之路？

如果说半导体有什么一致的趋势的话，那就是芯片的集成度越来越高。今天，这意味着生活在同一个IC上的模拟和数字块比以往任何时候都更常见。像Symphony Pro这样的工具可能表明，可以更自信、更轻松地完成这些复杂芯片的调试和验证。

 

使用的所有图像均由西门子EDA提供