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第1章 混合信号设计趋势与挑战1

1.1 导言1

1.2 混合信号验证2

1.3 行为建模4

1.4 低功耗验证5

1.5 可测试性设计6

1.6 芯片规划6

1.7 混合信号IP的重用7

1.8 全芯片签核8

1.9 衬底噪声9

1.1 0集成电路与封装协同设计9

1.1 1设计合作与数据管理10

参考文献10

第2章 混合信号设计方法回顾12

2.1 自上而下与自下而上的设计方案12

2.2 系统设计、片上系统设计和IP设计13

2.3 模拟为中心的混合信号方法学14

2.4 数字为中心的混合信号方法学15

2.5 统一的同步的混合信号方法学18

2.6 选择正确的方法学21

2.7 低功耗与混合信号设计22

参考文献24

第3章 模拟混合信号行为级建模26

3.1 概述26

3.2 模型类别27

3.2.1 模型开发28

3.2.2 设计的拓扑考虑28

3.3 模型种类29

3.3.1 离散数字建模30

3.3.2 连续模拟建模30

3.3.3 混合信号建模31

3.3.4 实数建模31

3.3.5 组合建模方式32

3.4 基本建模格式32

3.4.1 模型工作模式描述32

3.4.2 混合信号可编程增益放大器模型33

3.4.3 模拟PGA模型37

3.4.4 实数PGA模型39

3.4.5 数字PGA模型41

3.5 补充模型代码实例42

3.5.1 数字：Verilog D触发器42

3.5.2 模拟：Verilog-A运算放大器44

3.5.3 混合信号：Verilog-AMS数模转换器48

3.5.4 实数建模52

3.6 建模最优方法考量55

3.6.1 模拟最佳方法56

3.6.2 数字最佳方法62

3.6.3 混合信号最佳方法63

3.6.4 实数最佳方法66

3.6.5 模型和电路工作的比较验证67

3.6.6 离散多驱动解析69

3.7 总结70

参考文献70

第4章 混合信号验证方法学72

4.1 概述72

4.1.1 混合信号仿真器是验证的基础73

4.1.2 设计划分，验证计划，测试回归74

4.1.3 基于断言的验证74

4.1.4 覆盖率测量75

4.2 混合信号仿真是验证的基础76

4.2.1 数字和模拟验证过程的差距76

4.2.2 混合信号和混合级别的仿真77

4.2.3 新的方式看待混合信号验证77

4.2.4 模拟和数字的交互78

4.2.5 混合信号同步80

4.2.6 什么构成了未来的混合信号仿真器81

4.3 设计分割、仿真计划、回归测试83

4.3.1 设计分割83

4.3.2 测试计划84

4.3.3 回归测试87

4.4 基于断言的验证87

4.4.1 模拟和混合信号空间的断言89

4.4.2 混合信号断言应用89

4.4.3 模拟和混合信号的现有断言方法90

4.4.4 在Verilog-AMS中使用PSL92

4.4.5 在混合设计中使用SystemVerilog断言93

4.4.6 使用取值应用断言到纯模拟特性94

4.4.7 标准委员会的活动95

4.4.8 混合信号的∑-△ADC实例96

4.4.9 结论101

4.5 覆盖率测量102

4.5.1 数字覆盖率方法103

4.5.2 混合信号覆盖需求104

4.6 指标驱动的混合信号验证107

4.6.1 模拟验证计划109

4.6.2 构建UVM-MS验证环境110

4.6.3 收集覆盖率110

4.6.4 生成输入113

4.6.5 检查模拟功能115

4.6.6 使用断言117

4.6.7 时钟，复位和电源控制117

4.6.8 模拟模型的建立和确认118

4.6.9 集成测试环境118

4.6.1 0连接测试平台119

4.6.1 1系统级参数和时序120

4.6.1 2创建运行脚本和其他支持文件121

4.6.1 3推荐的目录结构121

4.6.1 4回归和计划之间的循环闭合122

4.6.1 5更新SoC级测试计划123

4.6.1 6进入SoC级123

4.7 混合信号设计的低功耗意图验证125

4.7.1 低功耗简介125

4.7.2 基本低功耗特性概述126

4.7.3 多电压域128

4.7.4 混合信号中的低功耗128

4.7.5 逻辑到电气转换129

4.7.6 电气到逻辑转换131

4.7.7 用低功耗规范控制模拟电源供电131

4.8 混合信号低功耗验证的挑战133

4.8.1 具有电源感知的电气到逻辑转换的参考电压选择133

4.8.2 多驱动和标称电压之间的冲突134

参考文献138

第5章 验证射频电路设计的实用方法139

5.1 验证与建模的关系139

5.2 行为级模型140

5.3 通带模型141

5.3.1 放大器的非线性141

5.3.2 放大器的噪声145

5.3.3 放大器的实现146

5.3.4 正交调制器147

5.3.5 正交调制器的实现149

5.3.6 正交解调器151

5.3.7 正交解调器的实现152

5.4 基带等效模型154

5.4.1 放大器的非线性156

5.4.2 放大器的噪声157

5.4.3 放大器的端口电阻159

5.4.4 放大器的实现159

5.4.5 同相-正交调制器165

5.4.6 IQ解调器167

5.4.7 时域噪声：一个相位噪声的例子169

5.4.8 电抗元件171

5.5 举例173

5.5.1 正常卷饼图173

5.5.2 频率偏移174

5.5.3 IQ增益失配174

5.5.4 IQ相位失配（正交误差）176

5.5.5 AM/AM转换176

5.5.6 滤波带宽的缩小177

5.5.7 相位噪声177

5.6 功能验证模型178

5.6.1 信号路径策略180

5.6.2 伪电信号182

参考文献182

第6章 事件驱动的锁相环时域行为建模184

6.1 引言184

6.2 锁相环电路分析185

6.2.1 频域分析的连续时间相位域近似方法185

6.2.2 频域分析的离散时间相位域模型187

6.2.3 时域仿真187

6.3 锁相环性能指标188

6.3.1 捕获范围和输出频率范围188

6.3.2 锁相环的稳定性188

6.3.3 带宽、峰化和跟踪行为188

6.3.4 锁定时间189

6.3.5 静态相位误差190

6.4 时钟抖动190

6.5 锁相环时域建模191

6.5.1 鉴相器191

6.5.2 电荷泵电路195

6.5.3 环路滤波器198

6.5.4 可控振荡器的建模199

6.5.5 在事件驱动的模型中加入抖动205

6.6 时域PLL范例206

6.6.1 PLL模型和对比206

6.6.2 PLL中的频率转变207

6.6.3 建模过程中的电磁干扰抑制208

6.7 其他相关电路209

6.7.1 延时锁相环209

6.7.2 时钟恢复PLL209

6.8 总结211

参考文献211

第7章 验证数字辅助的模拟电路213

7.1 数字辅助的模拟电路设计的必要性213

7.1.1 工艺尺寸成比例降低对模拟设计的影响213

7.1.2 使用数字辅助电路克服设计折中215

7.1.3 尺寸等比例减小的模拟电路设计策略215

7.2 设计实例：带有数字校正的VCO216

7.3 设计实例：带有动态元件匹配的多位Delta-Sigma ADC218

7.4 设计范例：一个有源RC信道滤波器的校准220

7.4.1 信道滤波器的设计221

7.4.2 信道滤波器的校准方法223

7.4.3 校准滤波器224

7.4.4 校准后的验证224

7.5 数字辅助模拟设计的混合信号验证226

7.6 带有校准的有源RC滤波器的混合信号验证228

7.6.1 验证目的228

7.6.2 验证方案228

7.6.3 行为模型方案229

7.7 总结230

参考文献230

第8章 混合信号物理实现方法学232

8.1 导言232

8.2 自顶向下／自底向上的物理实现233

8.3 划分信号线与控制线234

8.4 定制与数字实现235

8.5 混合信号电路的布局236

8.5.1 概述236

8.5.2 混合信号的布局方法学236

8.5.3 物理层次237

8.5.4 软模块和硬模块238

8.5.5 布局策略239

8.5.6 布局考虑241

8.5.7 布局迭代242

8.5.8 结论243

8.6 定制实现方法学243

8.7 定制实现流程246

8.7.1 参数化单元246

8.7.2 连接驱动版图绘制247

8.7.3 定制化布局方法247

8.7.4 工艺规则检查247

8.7.5 定制实现流程综述248

8.7.6 约束驱动定制方法学248

8.7.7 快速模拟版图原型255

8.8 标准单元的数字实现255

8.9 混合信号设计的整合与签核257

8.9.1 寄生提取与性能签核257

8.9.2 物理验证259

参考文献263

第9章 高级工艺节点下考虑电学特性的设计方法264

9.1 先进工艺节点下全定制设计挑战265

9.2 电学特性感知设计268

9.2.1 电学特性感知编辑和分析环境268

9.2.2 增量电学特性感知设计的架构需求271

9.2.3 版图相关效应器件参数的实时抽取275

9.2.4 实时分布参数抽取279

9.2.5 实时电迁移可靠性分析验证284

9.2.6 实时版图感知仿真287

9.2.7 完善考虑：电学感知设计优化291

9.2.8 电流驱动布局布线292

9.3 总结295

参考文献296

第10章 数模混合信号的芯片封装协同设计298

10.1 数模混合信号的芯片封装协同设计概述298

10.2 系统级封装类型299

10.2.1 单芯片封装299

10.2.2 多芯片封装300

10.2.3 射频模块300

10.2.4 2.5 D芯片封装300

10.2.5 3D芯片封装301

10.2.6 堆叠封装301

10.3 2.5 D/3D芯片封装的设计及方法和混合信号的设计挑战302

10.4 考虑封装的混合信号设计流程303

10.4.1 系统级别的设计需求303

10.4.2 系统级封装的物理实现304

10.4.3 系统级封装设计流程304

10.5 混合信号的系统级封装设计方法305

10.5.1 连接芯片和封装的系统305

10.5.2 控制互连和ECO306

10.5.3 芯片和封装的交换文件306

10.5.4 芯片和封装布局协同设计307

10.5.5 集成射频模块308

10.5.6 用硅基板实现的2.5D的流程309

10.5.7 3D IC的实现流程310

10.5.8 可制造的封装设计312

10.6 考虑封装的IC混合信号系统的分析315

10.6.1 混合信号仿真315

10.6.2 时序和PDN分析317

10.6.3 分析系统互连的信号完整性322

10.7 结论323

参考文献323

第11章 混合信号设计数据管理324

11.1 简介324

11.2 今天的混合信号设计环境324

11.3 传统团队设计技术与弊病326

11.4 数据管理系统的要求327

11.5 用DM系统管理一个设计项目328

11.6 全球分散的设计中心之间的合作330

11.7 采用数据管理系统完成团队设计332

11.8 用数据管理系统控制的模拟设计流程333

11.9 工程更改指令的管理336

11.10 项目版本和变异的跟踪337

11.11 规则、角色、访问和授权338

11.12 跨项目的IP和PDK重复利用339

11.13 总结341

参考文献342

缩写语343

词汇表347

索引352