Progettare a livello di sistema

Per raggiungere gli obiettivi prestazionali richiesti, molti degli attuali progetti analogici, Rf e a segnali misti richiedono l’integrazione di più circuiti integrati realizzati con tecnologie differenti. Fino ad oggi, i progressi nella tecnologia del silicio sono stati sufficienti per garantire il continuo miglioramento dei prodotti. Data l’attuale complessità dei chip, dei package e delle schede, per progettare sistemi ottimizzati ad alte prestazioni sono indispensabili circuiti integrati realizzati con silicio e altri materiali. L’integrazione di dispositivi eterogenei consente ai progettisti di conseguire risultati non facilmente ottenibili utilizzando un approccio progettuale basato su IC monolitici. Tuttavia, l’integrazione eterogenea introduce una nuove sfide.

Un flusso ottimizzato

Oggi, progettare a livello di sistema (IC-package-Pcb) comporta moltissime congetture riguardanti gli effetti introdotti a valle del package/Pcb che condizionano le prestazioni e l’affidabilità dei chip. Tradizionalmente, il progettista di circuiti integrati analogici/Rf simulava gli IC isolatamente, senza considerare gli effetti legati a package e Pcb. Il package tipicamente contiene uno o più circuiti integrati e le relative interconnessioni. Inoltre, integra anche i componenti discreti richiesti per il funzionamento degli IC. Allo stesso modo, il Pcb ospita un novero diversificato di package, interconnessioni e componenti discreti. Per verificare le prestazioni alle alte frequenze è quindi importante simulare l’intero sistema. Poiché il progettista IC e il progettista del package utilizzano strumenti di inserimento schematico differenti, per poter effettuare delle simulazioni combinate a livello di sistema il primo deve riacquisire la configurazione del package come se si trattasse di un testbench a contorno dello schema dell’IC. In precedenza, l’analisi di sistema veniva in gran parte effettuata manualmente tramite dei pericolosi collegamenti tra i modelli dei package e il resto dello schema che esponevano il processo a grossi rischi di errore. Per identificare ed eliminare tali errori nella fase di progettazione iniziale e molto prima del tapeout, è essenziale disporre di un ambiente di progettazione e simulazione familiare che permetta a chi sviluppa l’IC di simulare il circuito integrato nel contesto del Pcb, del package di sistema e degli effetti parassiti. Benché esista già un ambiente di questo tipo per simulare le interconnessioni di I/O dei circuiti integrati digitali, la piattaforma di progettazione di sistema Virtuoso di Cadence rappresenta il primo flusso ottimizzato che permette la simulazione dell’IC analogico/Rf, completa di effetti parassiti, nel contesto di un Pcb/package. Oltre a questo, tale piattaforma consente anche di minimizzare le iterazioni di progetto. L’ambiente Virtuoso System Design Platform offre una soluzione IC-centrica sia con un flusso di implementazione top-down sia con un flusso analisi-centro bottom-up. Il flusso di implementazione mette a disposizione le funzionalità per gestire il layout di IC e package attraverso un singolo editor schematico. Con lo stesso editor schematico, il progettista IC si trova in una posizione migliore per progettare a livello di sistema nel contesto di un ambiente comune con simulazioni di sistema pre-layout e quindi orientare il layout del rispettivo dominio. Questo flusso automatizza inoltre gran parte del processo di sviluppo della libreria a livello di package, generando delle configurazioni di die utilizzabili all’interno di Cadence SiP Layout. Gli utenti avanzati possono co-progettare die e package per ottenere un routing e collegamenti ottimizzati a livello di package. Il flusso di implementazione consente al progettista di sviluppare gli schemi dei package all’interno di Virtuoso Schematic Editor prima di inviarli a un editor di layout. Permette di esportare configurazioni e simboli da Virtuoso Layout Suite per costruire lo schema del package. Il flusso dei dati bidirezionale propaga dinamicamente le modifiche dallo schema a SiP Layout e viceversa. Utilizzando questo flusso gli sviluppatori possono anche generare una Bom, visualizzare le differenze di progetto in modo intuitivo e consultare i report di layout. Una volta che il package o il Pcb sono stati progettati utilizzando il processo di implementazione sopra descritto, l’ambiente di simulazione completo viene ricondotto al flusso basato sull’analisi, richiedendo una conoscenza limitata dei domini di simulazione Pcb o a livello di package o elettromagnetico. Questo approccio si traduce in un significativo miglioramento della produttività. Il flusso di analisi consente al progettista IC di importare nell’ambiente di progettazione IC un layout Pcb o package con i corrispondenti modelli degli effetti parassiti, rappresentati da S-parameters o Spice. Il flusso legge la connettività a livello Pcb o package e crea uno schema con modelli parassiti integrati. Lo schema è così pronto per la simulazione a livello di Pcb o package.

Integrare e simulare

Virtuoso System Design Platform aiuta a integrare e simulare l’IC nel contesto di tutte le interconnessioni package/Pcb e dei componenti esterni. Ciò è strategico in quanto IC, package e Pcb sono in genere progettati da vari team che utilizzano strumenti di progettazione diversi in momenti differenti, e che lavorano da posizioni geografiche diversificate, in reciproca indipendenza. Questa piattaforma riconduce gli effetti parassiti a livello di layout di Pcb e package all’interno di uno schema comune, consentendo la simulazione inter-dominio dell’intero sistema. Ciò aiuta i progettisti a identificare gli scostamenti critici delle prestazioni prima del tapeout. La comunicazione delle modifiche richieste può quindi essere inviata direttamente ai team di sviluppo package/Pcb. Qui, è importante riuscire a collegare in modo intelligente i modelli parassiti all’interno della simulazione schematica. Se i modelli contengono anche dispositivi discreti, possono essere auto-filtrati quando viene creato lo schema di simulazione in modo che non vengano considerati due volte nel processo. Per garantire il corretto abbinamento e la rimozione di questi Smd per evitare ridondanze, l’auto-filtraggio permette anche la ricalibrazione delle interfacce.

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