基于Hammerstein模型的模擬電路結(jié)構級行為建模技術.pdf

1、集成電路制備集成度的大幅度提高和設計能力的顯著提高，促進了混合信號 SoC的發(fā)展，同時也使得模擬電路規(guī)模越來越大、復雜度越來越高，設計越來越困難。模擬電路設計面臨的可測性困難、自動優(yōu)化設計程度低、可靠性設計困難等影響了混合信號 SoC和系統(tǒng)級模擬電路設計效率，尤其在復雜混合信號系統(tǒng)中，由于模擬部分的設計缺陷和可靠性問題，引起整個系統(tǒng)失效從而導致重新設計的比例越來越大，嚴重影響混合信號系統(tǒng)的發(fā)展。采用模擬電路自頂向下設計方法，能夠在較高層

2、次進行系統(tǒng)驗證和結(jié)構優(yōu)化，有效的提高混合信號系統(tǒng)設計效率，降低重復設計率，從根本上解決混合信號系統(tǒng)設計面臨的困難。本文提出一種基于模擬電路高層次模型的自頂向下的設計方法，旨在為復雜功能模擬電路設計提供系統(tǒng)級指導，提高模擬電路自頂向下方法的設計效率。
　　首先，模擬電路高層次設計的關鍵是建立其高層次模型，本文提出一種基于Hammerstein模型的模擬電路結(jié)構級的行為模型。該方法認為：第一，任意模擬電路都可以劃分并等價為由電源（So

3、urce）、放大器（Amplifier）、開關（Switch）和阻抗（Impedance）等基本單元構成的網(wǎng)絡，本文將這種網(wǎng)絡結(jié)構定義為模擬電路的SASI結(jié)構；第二，SASI結(jié)構中每個放大器單元都采用Hammerstein宏模塊模型建模；第三，利用硬件描述語言建立SASI結(jié)構中每個單元的行為模型；第四，按照SASI結(jié)構的拓撲網(wǎng)絡，結(jié)合每個單元的行為模型，建立整個模擬電路的網(wǎng)表描述，并能夠支持類 Spice仿真器的仿真。根據(jù)這種方法建立的

4、模型具有以下特點：第一，參數(shù)化的高層次模型，其本身原始的模型參數(shù)包括放大器單元的性能參數(shù)（比如直流增益、帶寬等）及其他單元設計參數(shù)，模型具有一定的通用性；第二，每個單元都建立相應的行為模型，能夠進行模擬電路的瞬態(tài)、交流、直流仿真等，支持高層次仿真驗證、優(yōu)化設計等；第三，結(jié)構化模型有利于后續(xù)晶體管級電路的綜合設計；第四，針對具體的晶體管級模擬電路，根據(jù)此方法建立的模型具有足夠的精度。
　　其次，在以上上述的建模方法和及高層次模型的基

5、礎上，模擬電路高層次自頂向下設計的核心是確定基于Hammerstein模型的模擬電路SASI結(jié)構級的行為模型中的各項參數(shù)，完成模擬電路的高層次建模。一個完整的自頂向下設計過程包括：第一，進行模擬電路結(jié)構劃分，將整個系統(tǒng)結(jié)構劃分為子功能模塊結(jié)構，并將每個子功能模塊劃分分解為SASI結(jié)構；第二，對劃分后的子模塊結(jié)構，建立基于Hammerstein模型的模擬電路 SASI結(jié)構級行為模型；第三，進行自頂向下的設計規(guī)范映射，將對整個系統(tǒng)提出的高層

6、次設計規(guī)范映射為對到每個子模塊的設計規(guī)范要求，并完成每個子模塊設計規(guī)范到每個相應SASI結(jié)構單元參數(shù)映射，在這一過程中，用子模塊的性能參數(shù)取代相應的原始模型參數(shù)；第四，為了克服系統(tǒng)級模擬電路相應的SASI結(jié)構級行為模型過于復雜，不利于模擬電路的分析設計的缺點，本文提出了模擬電路子模塊分解法與整個模擬系統(tǒng)重構法。基于此方法得到較為簡化的功能模型、動態(tài)模型、噪聲模型、輸入輸出分解響應模型等，更加方便于建立設計規(guī)范自頂向下映射過程中的行為（約

7、束）關系。
　　再次，由于模擬電路系統(tǒng)設計過程中，系統(tǒng)性能受子模塊電路性能影響較大，為了優(yōu)化子電路的性能，本文提出了基于子電路宏模塊的高層次模型，通過改變高層次模型的方法以優(yōu)化設計子電路?；谧与娐泛昴K的非線性增益模型，采用函數(shù)改造法，設計了一種應用于共模反饋運算放大器的大擺幅二級共模采樣電路。分析不同結(jié)構但功能相同的子電路高層次模型，利用線性規(guī)劃法可以消除某種參數(shù)變化對電路某種性能的影響，設計了一種大范圍溫度補償?shù)碾娏骰鶞试础?/p>

8、基于子模塊電路的SASI結(jié)構級行為模型，其性能參數(shù)遠少于設計參數(shù)的個數(shù)，提出了子模塊性能約束的設計方法。通過分析子電路結(jié)構級行為模型，建立性能參數(shù)和設計參數(shù)確定性關系，和為了優(yōu)化其他設計目標而建立的相應的約束關系，根據(jù)某種數(shù)學或者自動化算法求解以得到每個設計參數(shù)的較優(yōu)解，并利用此方法完成了一種數(shù)字可編程OTA-C帶通濾波器電路的優(yōu)化設計。
　　最后，以紅外遙控接收器設計過程為例，建立了接收器SASI結(jié)構級行為模型，并應用高層次優(yōu)化