04+第三讲+Spectre、Ultrasim和Spectre-Verilog+仿真介绍.ppt

1、Spectre、Ultrasim和Spectre-Verilog 仿真介绍,张 昊 2011年3月7日,2020/8/7,共61页,2,内容提要,模拟前端EDA工具简介 Cadence中Spectre的模拟仿真 Ultrasim快速仿真技术 Spetre-Verilog混合信号仿真 Q conservative具有最高的精确度但是速度最慢，适合较敏感的模拟电路的仿真,2020/8/7,共61页,21,dc（直流分析）,dc（直流分析）可以在直流条件下对temperature，Design Variable，Component Parameter，Model Parameter进行扫描仿真,例如

2、:对温度的扫描（测量温度系数） 电路随电源电压变化的变化曲线等,2020/8/7,共61页,22,ac（交流分析）,ac（交流分析）是分析电路性能随着运行频率变化而变化的仿真。,既可以对频率进行扫描也可以在某个频率下进行对其它变量的扫描。,2020/8/7,共61页,23,Variables菜单,包括Edit等子菜单项。可以对变量进行添加、删除、查找、复制等操作。变量（variables）既可以是电路中元器件的某一个参量，也可以是一个表达式。变量将在参量扫描（parametric analysis）时用到。,2020/8/7,共61页,24,参量扫描共功能,Tools/Parametric A

3、nalysis 它提供了一种很重要的分析方法参量分析的方法，也即参量扫描。可以对温度，用户自定义的变量（variables）进行扫描，从而找出最合适的值。,2020/8/7,共61页,25,Calculator的使用,Calculator是一个重要的数据处理工具，可以用来仿真电源抑制比，相位裕度，共模抑制比,2020/8/7,共61页,26,模拟结果的显示以及处理,在模拟有了结果之后，如果设定的output有plot属性的话，系统会自动调出waveform窗口，并显示outputs的波形，如左图,2020/8/7,共61页,27,在模拟电路的仿真过程中，要在不同的PVT (Process，Vo

4、ltage，Temperature)状况下全面地仿真。 工艺对应的是不同的工艺角类型； 电压指的是电源电压，要求仿真标称值的100%10%电源电压下的电路的仿真结果； 温度要求对于芯片的应用范围有所不同，一般民用级的温度范围是070，工业级是-4585，军用级是-55125。,2020/8/7,共61页,28,三、Ultrasim快速仿真技术,2020/8/7,共61页,29,Ultrasim仿真技术,传统的SPICE模拟器(例如Spectre、HSPICE)有一些人所共知的局限性，例如模拟容量小(大约只能支持5万有源器件)，对较大设计的模拟速度较慢。为了克服这些局限，Cadence推出了第三

5、代Fast SPICE模拟器，即Ultrasim模拟器，采用了电路划分、多速率模拟和压缩表模型等技术。,2020/8/7,共61页,30,Ultrasim仿真环境设置,因为UltraSim已经完全集成在Cadence的标准模拟电路仿真流程中，我们在搭建好点电路图并且保存后，从Composer-schematic界面中的ToolsAnalog Environment项就可以打开ADE窗口。,2020/8/7,共61页,31,此时ADE窗口默认的仿真器Simulator为spectre，为了设置使用Ultrasim仿真器，点击SetupSimulator/directory/host，弹出对话框如

6、图6.31所示。选择仿真使用的模型，在下图Simulator中选择UltraSim。,2020/8/7,共61页,32,如同spectre仿真，在SetupModel Library Setup选择模型文件的路径，并填入仿真模型的工艺角类型。 在Analysis菜单中可以选择分析类型，从AnalysisChoose打开如图窗口，选择瞬态分析类型tran，tran的设置只需填入仿真停止时间即可。选择是否保存直流工作点。,2020/8/7,共61页,33,接下来选择仿真所需要的精度和速度，如图6.33所示，进入simulation菜单，选择OptionAnalog。,2020/8/7,共61页,3

7、4,然后显示如图所示的simulation option窗口，它有许多选项的设置，包括速度、精度、输出、温度，规模等等。下面将主要介绍一下四项仿真参数的设置，仿真模式、仿真速度、矩阵分割以及波形文件格式。,2020/8/7,共61页,35,1仿真模式设置（Simulation Mode）,Simulation Mode中有6种模式，分别为Digital Fast（DF）、Digital Accurate(DA)、Mixed Signal（MS）、Analog Multi Rate (amr)、Analog（A）和SPICE（S）。六种模式的精度依次升高，但是仿真速度依次降低。每种模式所利用的仿

8、真模型也不完全相同，各种模式有相应的应用。下面将详细介绍每种模式的应用、使用的模型以及仿真的目标精度。,2020/8/7,共61页,36,2020/8/7,共61页,37,2.仿真速度设置（speed option）,Speed option可以设置总的公差容忍度tol（tol也可以单独设置）,tol包括电压、电流等所有的公差容忍度之和。Speed option有八个选项，分别是speed1,2,3,4,5,6,7,8。其对tol分别是0.0001 ,0.001,0.0025,0.005,0.02,0.02,0.04,0.07,精度依次降低。通常,如果精度要求不是很高,可以采用默认设置,而无需

9、设置这一项。注意：精度设置的越高,相应的速度越低。,2020/8/7,共61页,38,3.矩阵分割设置（analog option）,Ultrasim把大的电路矩阵分割成小的矩阵,以加快仿真速度,但同时会损失一些精度。analog选项用来控制矩阵分割的大小，通常采用默认设置。以下是适用每种analog值的电路。 Analog=0 适用于数字电路和存储器电路 Analog=1 适用于数字电路、存储器电路和混合信号 电路（默认） Analog=2 适用于混合信号、模拟和射频电路 Analog=3 适用于模拟电路和射频电路 Analog=4 适用于混合信号电路（高度敏感）,2020/8/7,共61页

10、,39,4.波形文件格式的设置（output format）,Ultrasim支持以多种波形文件格式存储波形,主要有psf和sst2。psf应用很广泛，可以通过cadence的awd和新的wavescan打开。sst2是cadence新的压缩波形文件格式,生成的波形文件最小,可以使用cadence的wavescan和simvision打开。,2020/8/7,共61页,40,设置好这些仿真条件后，选择保存所要输出的电压或者电流，点击simulation中的netlist and run，即可进行Ultrasim的仿真。,2020/8/7,共61页,41,四、Spectre-Verilog混合信

11、号仿真,2020/8/7,共61页,42,数模混合信号仿真器,1、Spectre-Verilog (Cadence) 2、SMASH (Dolphin Integration) 3、Eldo (Mentor Graphics) 4、Harmony (Silvaco) 5、Saber (Synopsys),Why Mixed-Signal Simulation?,2020/8/7,共61页,43,Mostly Applied Method of Mixed-Signal Design,2020/8/7,共61页,44,Mixed-Signal Simulator 的基本结构,以模拟电路仿真器为核

12、心 在处理数模混合电路时将数字部分等效为相应的简化的模拟电路、或 者采用解析函数来表示逻辑模块的行为，然后对整个系统采用模拟电路 的方法进行模拟。优点：模拟结果精确、能处理的电路规模比较大，模 拟速度也有显著提高。缺点：比逻辑模拟器还是慢很多。 同时包含模拟和数字两个仿真核 处理速度快，能处理的电路规模极大，但需要解决模拟仿真核和数字 仿真核之间的通信问题；另外，由于数字逻辑仿真器和模拟仿真器的输 入、输出数据是不一样的，还必须在模拟仿真核和数字仿真核之间实现 模拟信号和数字信号的相互转换。,2020/8/7,共61页,45,Creating Analog Block,Create the s

13、chematic view of analog block, and create a symbol view for cell use,2020/8/7,共61页,46,Creating Digital Block,2020/8/7,共61页,47,Creating a Mixed-Signal Schematic,2020/8/7,共61页,48,Create Config View for Simulation,The mixed-signal simulation hierarchy is controlled by Hierarchy-Editor which must be def

14、ined with config view,cell name is top circuit name for simulation view name will be set as config,Use Create New File to create a new config view with Hierarchy-Editor,2020/8/7,共61页,49,Set New Configuration,1.Choose Use Template sample information,2.Choose SpetreVerilog,1,2,3,3. Change the view nam

15、e to schematic for simulation,4. Click OK,2020/8/7,共61页,50,Open the Schematic Version of Config View,Open the schematic version of the config view of mix from the Library manager,2020/8/7,共61页,51,Set Block Partition,开启hierarchy editor 设定所使用的cell view 显示所使用的cell view 及其颜色设定 Schematic editor 中 的Hierar

16、chy-Editor 及Mixed-Signal 两项 Menu是由菜单 Tools-Mixed Signal Opts.而产生的,2020/8/7,共61页,52,Check Block Partition,Change analog & digital stop views to match the stop views in your hierarchy editor (as below),2020/8/7,共61页,53,Check Partition Results,设定显示的颜色及项目 显示所有模块划分的结果 显示模拟电路模块 显示数字电路模块 显示混合信号电路模块 显示无法归类的

17、电路模块 清除所有显示内容,2020/8/7,共61页,54,Setup the analog/digital interface,Select: Mixed-Signal - Interface Elements - Instance,this tool is used to configure how the digital block reads analog inputs and how digital outputs are seen by analog cells (effective A/D and D/A).,2020/8/7,共61页,55,Setup the analog/

18、digital interface,MOS_a2d: A2D_V0 低电平 A2D_V1 高电平 A2D_TX：voltage between V0 and V1 after TX will yield a logic X,MOS_d2a： Model Parameters D2A_VL : input low voltage D2A_VH : input high voltage D2A_TR : rise time for low to high D2A_TF :fall time for high to low,2020/8/7,共61页,56,Setup Menu in Analog

19、Environment,With Setup window to define simulation initialization setup Choose the simulator Define device model library Define temperature ,2020/8/7,共61页,57,Choosing Simulator/Directory/Host,选择SpectreVerilog,2020/8/7,共61页,58,Choose Analysis Type,Invoke the analysis setting window For Mixed-Signal s