CN107463725A - 一种适用于模拟及射频集成电路的参数设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于模拟及射频集成电路的参数设计方法，采用一种能表示电路中各参数间关系的参数关系图，包括下述5个基本步骤：步骤1，分析待设计的电路拓扑，绘制参数关系图；步骤2，分析所述参数关系图，对每个参数节点进行顺序标注；步骤3，根据步骤2的顺序标注，采用手工计算或扫描仿真的方式确定各个参数的值；步骤4，对于步骤3中确定的参数的值为区间的参数，进一步采用经验估测进行选取；步骤5，对于步骤3中确定的参数的值出现矛盾的，逆向进行回溯纠正，直到所有参数关系不出现矛盾，若无法达到所有参数关系不出现矛盾，则重新进行拓扑设计。本发明能增加参数设计的准确度和设计效率，同时降低设计过程的盲目性。

Description

一种适用于模拟及射频集成电路的参数设计方法

技术领域

本发明涉及模拟及射频集成电路的参数设计领域。

背景技术

模拟、射频集成电路的晶体管级电路设计通常分为两个步骤：拓扑设计和参数设计。其中，拓扑设计的任务是确定电路所使用的器件，以及它们的相互连接方式；而参数设计的任务是确定各个器件的具体参数，使电路整体的功能和性能满足设计目标。

传统的参数设计方法是基于近似公式的手工计算方法，并在此基础上借助计算机仿真软件进行调整和优化。这种方法由于大量采用近似公式，故设计结果的准确度较差，且手工计算量庞大。另外该方法的设计步骤不够清晰，参数调整和优化过程非常盲目，因此设计的效率低，设计出的电路的可靠性也较差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于模拟及射频集成电路的参数设计方法。

一种适用于模拟及射频集成电路的参数设计方法，采用一种能表示电路中各参数间关系的参数关系图，该参数关系图包括参数结点、表达式结点和关系边三种元素，其中，

参数节点是表示电路中各种参数和变量的圆形图示，分为输入参数结点、中间参数结点和输出参数结点三种类型；

表达式结点是数学表达式的圆形图示，分为简单表达式结点和复杂表达式结点两种类型， 简单表达式结点，用黑色实心圆形表示，其代表可用简单数学表达式表达的参数关系，复杂表达式结点，用空心圆形表示，代表不可用简单数学表达式表达的参数关系，这类表达式只能借助仿真器进行数值求解；

关系边是具体指明参数之间的关系的线段图示，一端连接在参数节点上，另一端连接在表达式节点上，表示所连参数存在于所连表达式中；

所述参数设计方法包括下述5个基本步骤：

步骤1，分析待设计的电路拓扑，绘制参数关系图；

步骤2，分析所述参数关系图，对每个参数节点进行顺序标注；

步骤3，根据步骤2的顺序标注，采用手工计算或扫描仿真的方式确定各个参数的值；

步骤4，对于步骤3中确定的参数的值为区间的参数，进一步采用经验估测进行选取；

步骤5，对于步骤3中确定的参数的值出现矛盾的，逆向进行回溯纠正，直到所有参数关系不出现矛盾，若无法达到所有参数关系不出现矛盾，则重新进行拓扑设计。

所述的步骤2，顺序标注具体包括：

步骤2.1，将所有输入参数节点标注为#1；

步骤2.2，对各个表达式节点进行遍历，选出已标注#1的参数数目足够完全确定表达式结果的节点；

步骤2.3，将符合要求的表达式节点所关联的未标注参数节点标记为#2；

步骤2.4，重新进行步骤2和步骤3，并将其中的#1改为#N、#2改为#N+1，直到所有的参数节点都已被标注。

所述的步骤3，

扫描仿真的方式确定各个参数的值具体包括：

步骤3.1，根据参数的表达式类型，建立仿真电路图；

步骤3.2，将参数设置为仿真变量，借助参数扫描工具进行扫描仿真；

步骤3.3，在仿真结果图中找出符合已知参数条件的结果，从而确定参数。

本发明的有益效果：

增加了参数设计的准确度和设计效率，同时降低设计过程的盲目性，特别是对于非常见电路拓扑的参数设计而言有着特别的优势。在高性能的模拟集成电路设计中，设计者常常需要提出新的电路拓扑来突破传统拓扑的性能，而对于这些新的电路拓扑，传统上往往需要进行大量的试探和摸索才能形成一套合适的参数设计方法；本发明的方法通用性很强，可以适用于任意电路拓扑，并消除了大量不必要的试探和摸索工作，从而大大提高了设计效率。

附图说明

图1为参数关系图的一个示例；

图2为参数节点进行顺序标注的一个示例；

图3为利用扫描仿真确定参数值的一个原理图示例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行示例性的描述。

本发明的第1步为分析待设计的电路拓扑，绘制其参数关系图。

图1为参数关系图的一个示例。参数关系图是一种以参数和表达式为结点，参数关系为边的图结构。其中参数节点分为三种类型：

设计输入结点，如node1，采用灰色圆形表示，表示的是设计的目标要求；

设计输出结点，如node2，采用加粗圆形表示，表示的是各个器件的待定参数；

中间结点，如node3~6，采用白色圆形表示，表示的是电路中所有的其余相关参数。

表达式结点分为两种类型：

简单表达式结点，用黑色实心圆形表示，其代表可用简单数学表达式表达的参数关系，简称“简单关系”；

复杂表达式结点，用空心圆形表示，其代表不可用简单数学表达式表达的参数关系，简称“复杂关系”，这类表达式只能借助仿真器进行数值求解。

图中的边根据两端所连接的结点类型的不同，分为两种类型：

连接参数结点和表达式结点的边，用实线表示，表示的是所连参数结点的参数存在于所连表达式结点的表达式中；

连接参数结点和参数结点的边，表示的是两个所连结点之间存在一对一的表达式，而根据表达式的不同可分为实线边和虚线边两种，分别表示简单关系和复杂关系。

上述便是参数关系图的基本要素。其中常见的简单关系有：由电路理论决定的电学关系、线性器件产生的电学关系、可被准确线性近似的电学关系以及热噪声等准确度较高的理论关系式。而常见的复杂关系有：非线性器件的大信号关系、非线性器件的线性化关系。MOS管的跨导、沟道电流、过驱电压和尺寸之间的关系就是一个最典型的复杂关系，其必须借助复杂的bsim4模型才能准确描述。另外由于参数关系图结点较多，故常采用常用缩写命名，一种建议性的缩写约定如表1所示。

本发明的第2步为分析该参数关系图，对每个参数节点进行顺序标注。

图2为参数节点进行顺序标注的一个示例；图中“#”号打头的数字标注了该参数的确定顺序。

由于所有的设计输入都是指定的，因此所有的设计输入结点均可被标记为#1。

继续观察图中的未标定结点，可发现node5、node7均可直接通过简单关系从node2、node1得到；而node1、node2、node4、node8之间的表达式节点是一个四参数的双等式，因此从node1、node2可以进一步确定node4和node8；因此node4、node5、node7、node8均可被标记为#2。

继续观察图中的未标定结点，可发现node4、node5、node6、node8四个参数中已经标定了node4、node5和node8，故可以通过它们之间的四参数表达式确定node6；因此node6被标记为#3。

继续观察图中的未标定结点，可发现node3、node6、node9三个参数中已经标定了node3和node6，故可以通过它们之间的三参数表达式确定node9；因此node9可被标记为#4。需要注意的是，虽然node9也可以借助复杂关系从node8获得，但通常而言应优先借助简单关系确定参数。

至此为止，参数关系图中所有的参数结点均进行了顺序标注。

本发明的第3步为根据设计步骤，逐个（些）采用手工计算或扫描仿真的方式确定各个参数的值。对于简单关系，可以采用各种数学方法进行求解，且通常难度不大；而对于复杂关系，则需要借助仿真器进行扫描，具体的扫描方法与具体的参数关系有关。

图3为利用扫描仿真确定参数值的一个原理图示例，主要针对的是一种常见的复杂关系——MOS管的跨导（gm）、沟道电流（Id）、饱和电压（Vov或Vdsat）、宽长比（W/L）之间的关系。根据待定的参数的不同，分为以下三种情况进行处理：

情况1，知gm、Id，求Vov、W/L，可将图3中电流源I1设为Id，电压源V1设为一个合理的Vds取值，例如±100mV，然后利用仿真器的dc仿真和参数扫描功能对管子的W（或L）进行扫描，并记录对应的gm和Vov，最后找出符合gm要求的W/L；

情况2，知Vov、Id求gm、W/L,，可将图3中电流源I1设为Id，电压源V1设为一个合理的Vds取值，例如±100mV，然后利用仿真器的dc仿真和参数扫描功能对管子的W（或L）进行扫描，并记录对应的gm和Vov，最后找出符合Vov要求的W/L；

情况3，知gm、Vov求Id、W/L，可将图3中电流源I1设为Id，电压源V1设为一个合理的Vds取值，例如±100mV，然后利用仿真器的dc仿真和参数扫描功能对管子的Id和W/L进行二维扫描，并记录对应的gm和Vov，最后找出同时符合gm和Vov要求的Id和W/L。

对于BJT管，扫描仿真的方法与MOS完全一致；对于二极管，则参数关系仅有V-I特性一项，可用理想电压源进行扫描仿真。

本发明的第4步为对于取值存在区间的参数，采用经验估测进行选取。在有些时候，参数关系图中的某些参数关系永远无法获得足够的已知值进行求解，此时便需要选取某个未知参数进行试探。通常应选取取值范围较小的参数进行试探，试探的一般根据是过往设计经验，或者对电路的直观猜测。

本发明的第5步为对出现矛盾的参数关系，按标注顺序逆向进行回溯纠正，直到所有参数关系均被满足（不出现矛盾）。在设计过程中有可能会推导出矛盾的参数取值，或是某些参数关系无法满足，这一情况的原因通常有二：某个参数的试探值不合理，或者是电路拓扑根本无法支撑目标性能。遇到这一情况可通过回溯来解决，即沿着设计路线逐步退后重新尝试参数值，直到矛盾消除或减小到可接受的程度。若回溯过程反复多次均无法解决矛盾，或已经回退到第一步，则基本可以确定是电路拓扑不合理，需要重新进行拓扑设计。

Claims (3)

1.一种适用于模拟及射频集成电路的参数设计方法，其特征在于，采用一种能表示电路中各参数间关系的参数关系图，该参数关系图包括参数结点、表达式结点和关系边三种元素，其中，

参数节点是表示电路中各种参数和变量的圆形图示，分为输入参数结点、中间参数结点和输出参数结点三种类型；

表达式结点是数学表达式的圆形图示，分为简单表达式结点和复杂表达式结点两种类型， 简单表达式结点，用黑色实心圆形表示，其代表可用简单数学表达式表达的参数关系，复杂表达式结点，用空心圆形表示，代表不可用简单数学表达式表达的参数关系，这类表达式只能借助仿真器进行数值求解；

关系边是具体指明参数之间的关系的线段图示，一端连接在参数节点上，另一端连接在表达式节点上，表示所连参数存在于所连表达式中；

所述参数设计方法包括下述5个基本步骤：

步骤1，分析待设计的电路拓扑，绘制参数关系图；

步骤2，分析所述参数关系图，对每个参数节点进行顺序标注；

步骤3，根据步骤2的顺序标注，采用手工计算或扫描仿真的方式确定各个参数的值；

步骤4，对于步骤3中确定的参数的值为区间的参数，进一步采用经验估测进行选取；

步骤5，对于步骤3中确定的参数的值出现矛盾的，逆向进行回溯纠正，直到所有参数关系不出现矛盾，若无法达到所有参数关系不出现矛盾，则重新进行拓扑设计。

2.根据权利要求1所述的参数设计方法，其特征在于，所述的步骤2，顺序标注具体包括：

步骤2.1，将所有输入参数节点标注为#1；

步骤2.2，对各个表达式节点进行遍历，选出已标注#1的参数数目足够完全确定表达式结果的节点；

步骤2.3，将符合要求的表达式节点所关联的未标注参数节点标记为#2；

步骤2.4，重新进行步骤2和步骤3，并将其中的#1改为#N、#2改为#N+1，直到所有的参数节点都已被标注。

3.根据权利要求1所述的参数设计方法，其特征在于，所述的步骤3，

扫描仿真的方式确定各个参数的值具体包括：

步骤3.1，根据参数的表达式类型，建立仿真电路图；

步骤3.2，将参数设置为仿真变量，借助参数扫描工具进行扫描仿真；

步骤3.3，在仿真结果图中找出符合已知参数条件的结果，从而确定参数。