Der UMC 0.18 Design Flow am Beispiel eines PDA ... - Mpc.belwue.de

Dimensionierung und Entwurfszentrierung analoger Schaltungen mit WiCkeD
Bild 18: Differentieller Ausgang des OPV mit Gleichtakt
für die neue Dimensionierung, wobei letztere aus dem
um TranStabil(Min) und TranStabil(Max) erweiterten
Design Flow hervorgegangen ist. Der um diese zwei
Performances erweiterte Design Flow führte folglich
zu einer funktionierenden Schaltung. Damit liegt eine
die Spezifikation erfüllende Dimensionierung vor, deren
korrektes Verhalten in Bild 18 noch einmal abschließend
dargestellt ist. Man erkennt deutlich das
Regelverhalten auf V DD /2 bei differentieller Anregung.
Der Aussteuerbereich bewegt sich zwischen 600 mV
und 2.7 V. Alle Spezifikationen werden eingehalten,
unter Berücksichtigung der Streuparameter wird der
Yield auf 84 % geschätzt.
Die Optimierung umfasste 34761 Simulationsläufe
von je 2,32 s Dauer. Die gesamte Rechenzeit belief
sich unter Berücksichtigung der Bedienungszeit in der
Design History und sonstigen Zeiten auf etwa 72 h.
Die Bauteilwerte der von WiCkeD dimensionierten
Designvariabeln sind in Tabelle 6 in Auszügen aufgeführt.
Die Dimensionierung erfolgte in Hinblick auf die
Spezifikation und ist nicht flächenoptimal. Sollte die
Gesamtfläche übergeordnete Bedeutung haben,
müssen kleinere Wertebereiche gewählt werden.
Tab. 6: Auszug der dimensionierten Designvariablen
Transistoren W L
MP6,MP7 260,2 µm 1,45 µm
MN3, MN8 106,2 µm 0,55 µm
MN4, MN7 182,5 µm 22,8 µm
MP9, MP14 111,8 µm 4,45 µm
MN14,MN15 49,9 µm 172,4 µm
MP22,MP23,MP24,MP25 3,55 µm 6,8 µm
MN10,MN11,MN16 115,9 µm 0,85 µm
C0,C1
124 fF
5. Vergleich weiterer Ergebnisse
und Diskussion
Um ein umfassenderes Bild der Fähigkeiten von Wi-
CkeD zu erhalten, wurden insgesamt fünf Topologien
unterschiedlicher Art untersucht und bearbeitet. Eine
Übersicht ist in Tabelle 7 dargestellt. Neben den bereits
besprochenen Schaltungen Miller-OTA und OPV
werden ein Transimpedanzverstärker (TIA) und Komparator
für Highspeed-Anwendungen sowie eine
Bandgap-Referenz vorgestellt. Jede Schaltung ist
durch die Anzahl ihrer Bauelemente, der Anzahl an
Designvariablen, der Schaltungsart, der Komplexität,
der Vorentwicklungs- und Rechenzeit charakterisiert.
Die Verwendbarkeit der Dimensionierung ist in der
Zeile „Ergebnis“ dargestellt. Die Dimensionierung aller
Schaltungen startete beim Technologieminimum (0,35
µm). Es zeigte sich, dass einfache, lineare Schaltungsprobleme
wie Miller-OTA und TIA problemlos in
WiCkeD dimensioniert werden können. Ergebnisse
konnten hier bereits nach 16 h Vorentwicklungs- und
30 h Rechenzeit erzielt werden. Bei nichtlinearen Topologien
muss mit einem erhöhten Zeitaufwand gerechnet
werden. Für den Komparator waren 64 h Vorentwicklungs-
und 40 h Rechenzeit notwendig, um zu
einem Ergebnis zu gelangen. Für die Bandgap-
Referenz hingegen konnte trotz erhöhten Aufwandes
kein zufrieden stellendes Ergebnis erzielt werden – es
zeigte sich, dass die Optimierung spezieller Topologien
problembehaftet ist. Der OPV aus Kapitel 4 stellt
in der Tabelle die komplexeste Schaltung dar und benötigte
wie erwartet den höchsten Zeitaufwand. Nach
160 h Vorentwicklungs- und 72 h Rechenzeit war es
möglich, eine verwendbare Dimensionierung zu erhalten.
Im Folgenden werden die in dieser Arbeit gewonnen
Erfahrungen aus Anwendersicht diskutiert. WiCkeD
kann problemlos in die Cadence DFII eingebunden
werden. Die Benutzeroberfläche und der Design Flow
erwiesen sich als übersichtlich und durchdacht. Die
Nutzung des Werkzeugs erfordert allerdings einen
hohen Einarbeitungsaufwand, jedoch kann ein Wissensgewinn
durch die notwendigen Vorüberlegungen
erzielt werden. Die Algorithmen von WiCkeD arbeiten
sehr stabil und zuverlässig – in der einjährigen intensiven
Nutzungszeit trat kein Programmabsturz auf.
Selbst mit einer durchschnittlichen Rechenleistung
bewegt sich die erforderliche Rechenzeit in einem akzeptablen
Bereich. Zusammenfassend lässt sich sagen,
dass eine Optimierung komplexer Schaltungen
oftmals ein händisches, rekursives Eingreifen des
Entwicklers erfordert – in diesem Zusammenhang
muss von einem semi-automatisierten Design Flow
gesprochen werden. Allerdings wird der Wunsch nach
einer automatisierten Dimensionierung für einfache,
lineare Schaltungen von WiCkeD erfüllt.
MPC-Workshop, Juli 2009
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