2.3. Маршрут моделирования аналоговых устройств

Важную роль при проведении моделирования физических процессов, протекающих в аппаратуре, играет его правильный порядок. Он определяется с одной стороны логикой проектирования аппаратуры, а с другой взаимосвязью моделей физических процессов между собой.

Порядок проведения тех или иных работ в процессе автоматизированного проектирования регламентируется соответствующими методиками. На рис. 2.4 представлена схема алгоритма методики моделирования РЭС.

Рис. 2.4. Схема алгоритма методики моделирования РЭС

Предлагаемая методика включает базовый набор работ, которые необходимо провести при проектировании любой аппаратуры и, по сути, является типовой. Однако при проектировании конкретных классов РЭС в эту методику могут быть добавлены дополнительные работы, отражающие специфику аппаратуры или исключены имеющиеся. Может быть изменен и порядок проведения работ, однако, с условием ненарушения взаимосвязи моделей физических процессов.

В предложенной методике взаимосвязь моделей физических процессов отражается в дублировании некоторых работ, например, моделировании электрических процессов и исследовании разбросов. При моделировании электрических процессов и исследовании разбросов в первый раз, нам не известны температуры радиоэлементов, поэтому учесть их нет возможности, и они задаются равными 25 градусам Цельсия.

Возникает вопрос. Имеет ли смысл эти работы проводить здесь? Практика проектирования показывает, что имеет, поскольку результаты этих работ, во-первых, позволяют правильно сравнить полученные результаты моделирования с требованиями ТЗ, а во-вторых, грамотно сформулировать требования к конструкции. Второй раз моделирование электрических процессов и исследование разбросов проводится после разработки конструкции и моделирования тепловых процессов конструкции, поэтому температуры радиоэлементов становятся известными и появляется возможность их учесть.

Итогом выполнения работ является исследование надежности аппаратуры, которое интегрирует результаты всех работ и позволяет дать оценку качества разработанной схемы и конструкции.

2.4. Маршрут проектирования аналоговых устройств

Маршрут проектирования аналоговых устройств заключается в определении состава функциональных модулей входящих в состав ИМС на основе требований, определяемых предварительной спецификацией.

Важное замечание. Формально этот уровень не привязан к технологическому процессу, так как при разбиении алгоритма на реализующие его функции мы можем на первом этапе игнорировать ограничения, накладываемые физической реализацией ИМС.

Однако в связи с тем, что параметры технологического процесса могут оказать серьезное влияние на архитектуру ИМС исследования на уровне архитектуры по обоим направлениям – алгоритмическому и технологическому ведутся параллельно (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Моделирование на системном уровне

Задача системного моделирования – подтвердить правильность выбранного алгоритма для решения задачи. Эта задача решается с помощью программно-аппаратных средств, используя описательные модели, выполненные на языках высокого уровня: SystemC, SystemVerilog, Verilog, VerilogA, VerilogAMS и др. или формально на уровне математических формул. Создается высокоуровневая поведенческая модель всей разрабатываемой системы. Она, как правило, строится в виде блок-схемы. Для верификации разработанной поведенческой модели создается тестовый испытательный стенд (тестовое окружение) системы (Testbench), которое включает в себя генераторы входных сигналов, тестовые последовательности блоки отображения выходной информации, нагрузку. Тестовое окружение должно максимально полно проверять работу системы. Впоследствии на основе этого тестового окружения будут разрабатываться тестовые векторы для верификации проекта на нижних уровнях проектирования и для тестирования опытных образцов СБИС.

Поведенческая модель верифицируется путем компьютерного моделирования. Если в процессе верификации обнаруживаются какие-либо отклонения от требований системной спецификации, то модель корректируется и моделирование повторяется. Кроме верификации, на данном шаге можно выбрать оптимальные параметры алгоритма системы. Например, разработчик может найти компромисс между вычислительной сложностью и точностью.

Исследование архитектуры включает в себя анализ состояния проблемы на сегодняшний день для правильного выбора архитектуры соответствующей выбранному технологическому процессу. Анализ должен проходить по трем направлениям:

ИМС, выполняющие такую же функцию (если существуют) и имеющие спецификацию (ТУ);

перспективные разработки;

патентные исследования;

Задачи, решаемые этими направлениями (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Алгоритм исследования на уровне архитектуры

Спецификация модулей, полученная с использование моделирования на системном уровне и исследования и выбора архитектуры позволяет разработать схемы модулей, используя тот же подход, что и на системном (функциональном) уровне. Основное отличие – вместо идеализированных представлений модулей необходимо использовать схемотехническое представление элементов интегральной схемы, имеющихся в данном технологическим процессом.

Перед проведением этого этапа необходимо тщательно проанализировать документацию, предоставленную обладателем технологического процесса. Основным документом, характеризующим технологический процесс является спецификация процесса, которая определяет:

набор элементов, доступных в технологическом процессе и их базовые характеристики;

ограничения, накладываемые на использование этих приборов;

физические характеристики слоев формирующих устройства, которые определяют паразитные элементы межсоединений;

допустимые отклонения основных параметров элементов.