ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Разработка автоматизированной системы проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей.

 

Ионов Леонид Платонович,

аспирант кафедры “Информационных технологий и вычислительных систем” Московского Государственного Технологического Университета «Станкин»,

инженер ФГУП ИТМиВТ. 

 

Рассмотрена задача проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Предложены методы автоматизации проектирования, основанные на использовании схемотехнического моделирования, параметрической оптимизации и искусственного интеллекта. На базе предложенных методов и алгоритмов разработана автоматизированная система проектирования DAC Compiler.

 

1. Введение.

 

В современных аналого-цифровых интегральных схемах (ИС) аналоговые блоки обычно занимают сравнительно малую часть площади кристалла, при этом их разработка требует непропорционально большего времени и усилий разработчиков. В цифровых ИС широко используется синтез схемы на основе описания на языке высокого уровня, а также автоматическое размещение и трассировка топологии. По примеру цифровых ИС во многих работах [1, 2] было предложено использовать синтез электрической схемы и для аналоговых блоков. Данный подход применим для широкого класса наиболее часто используемых аналоговых блоков. В то же время универсальность описываемого метода влечет за собой и один существенный недостаток: он не учитывает специфику каждого конкретного типа схем. Второй, более современный подход [3, 4], состоит в разработке ряда инструментов синтеза, каждый из которых оптимизирован для конкретного типа устройств (аналого-цифровые преобразователи (АЦП), ЦАП, операционные усилители и т.д.).

Независимо от того, разрабатывается система для  универсального использования или для специфического класса схем, есть 3 основных подхода к её построению [5]:

-          системы на основе продукционных баз знаний;

-          системы на основе использования мягких вычислений для решения задач параметрической оптимизации и топологического синтеза;

-          комбинация перечисленных выше подходов.

В данной работе разрабатывается специализированная система автоматизированного проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей, основанная на применении комбинационных методов построения.

 

2. Алгоритм автоматизированного проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей.

 

На рис. 1 представлена структурная схема процесса проектирования блока ЦАП в среде разрабатываемой системы.

Исходными данными для проектирования являются: проектные ограничения, технологическая информация, разрядность ЦАП, напряжение питания, скорость преобразования, линейность и т.д. Начальное решение, на базе которого будет выполняться оптимизация, выбирается программой автоматически из библиотеки схемотехнических решений. Данная библиотека является открытой и может дополняться и редактироваться.

Для оценки характеристик получаемой схемы используется  3 типа анализов:

1.                  Схемотехническое моделирование на уровне транзисторов

2.                  Поведенческое моделирование

3.                  Аналитические формулы и выражения   

При схемотехническом и поведенческом моделировании могут использоваться наиболее распространенные системы моделирования: HSPICE и Spectre.

 

Рис. 1.

Структурная схема процесса проектирования блока ЦАП в среде разрабатываемой системы.

 

Проектная параметрическая оптимизация не является чем-то новым при разработке аналоговых схем [6]. Тем не менее, оптимизация схем ЦАП представляет собой особую задачу. Особенность состоит в том, что часть ограничений носит целочисленный характер. Оптимизация выполняется методами целочисленного нелинейного программирования. В результате  получаем оптимизированное схемотехническое описание модуля ЦАП.

На этапе проектирования топологии первоначально формируется требуемая геометрия элементарных ячеек (источников тока, источников смещения, переключателей и т.д.). Размещение элементарных ячеек и блоков, а также их трассировка осуществляется с использованием существующих методов, адаптированных к построению топологии ЦАП [7]. 

Физическая верификация используется для проверки соответствия топологии конструкторско-технологическим ограничениям и исходной электрической схеме. Также на данном этапе производится моделирование блока ЦАП с учетом экстрагированных паразитных элементов.

 

3. Заключение.

 

В данной работе представлено описание специализированной системы автоматизированного проектирования интегральных цифроаналоговых преобразователей. В процессе данной работы была создана экспертная система проектирования модулей ЦАП, включающая базу данных схемотехнических и топологических решений; разработана специализированная целевая функция для проведения оптимизации, учитывающая специфику функционирования блоков ЦАП; разработана среда для проведения моделирования и оценки характеристик синтезируемой схемы; реализованы методы автоматического размещения и трассировки топологии.

 

Литература.

 

1.                  Gielen G.G.E, Walscharts H.C.C, and Sansen W.M.C. Analog circuit design optimization based on symbolic simulation and simulated annealing. IEEE J. Solid-State Circuits,  June 1990, vol. 25, no. 3, pp. 707-713.

2.                  Cohn J.M., Garrod D.J., Rutenbar R.A., and Carley L.R. Techniques for simultaneous placement and routing of custom analog cells in KOAN / ANAGRAM II. Proc. Int. Conf. on Computer-Aided Design. November 1991, pp. 394-397.

3.                  Neff R.R. Automatic Synthesis of CMOS Digital/Analog Converters. Ph.D. dissertation. University of California at Berkeley, UCB/ERL. April 1995.

4.                  Iskander R. Synthesis of CMOS analog cells using AMIGO. Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition, 2003 pp. 297-302

5.                  Зинченко Л.А. Интеллектуальные системы схемотехнического проектирования. / Десятая национальная конференция по искусственному интеллекту, Сентябрь 2006

6.                  Yang Xu, Pileggi L.T., Boyd S.P. ORACLE: optimization with recourse of analog circuits including layout extraction. / Design Automation Conference 2004, pp. 151-154.

7.                  Arsintescu, B.G., Otten, R.H.J.M. Constraints space management for the layout of analog IC’s. / Design, Automation and Test in Europe. February 1998, pp. 971 – 972.

 

Поступила в редакцию 15.02.2008 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.