模拟电路的设计复用只是传说吗？

Eric Young

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在电子设计自动化 (EDA) 的创新方面，我并没有太多的贡献。但作为一个模拟设计师，在我漫长的职业生涯中我仍得益于EDA，所以我想，我可以分享一些观点。

在DC/DC 电源变换器以及定制和标准模拟 IC 产品设计方面浸淫超过25年，我看到了 EDA 工具集在这些年的一些变革。而在多家公司的工作经验（目前在MPS）也让我看到了EDA设计方法的多样性。

在我看来，EDA 持续发展的动力是它不断提升的设计执行速度，以及设计人员对最终芯片取得成功的高度信心。仿真引擎、数据可视化以及寄生元件的布局后提取......EDA不断地改进，但似乎总会有下一次升级。我想起一句话：“所有东西都在数字化，但世界仍是模拟的。”这里的 “模拟 ”指的是工程师，因此或许可以说，推动 EDA 持续发展的正是工程师本身。

电路复用是我工作生活中的一个主题。甚至在我加入MPS前的面试中，我都被问到这个问题：为什么模拟设计社区中的工程师很难去复用IP 块？我措手不及，不知该如何解释什么阻碍了复用；也犹豫着是否该给面试官一个明确的答案，因为我对公司的内部 IP 跟踪系统一无所知。在了解 MPS 的设计流程和传统电路时，我一直在思考这个问题。

每个经验丰富的设计工程师都有自己偏好的带隙电路设计方法，有些人可能倾向用MOSFET，而少数人则喜欢用双极型晶体管。但我得出的结论更为根本，那些长期困扰工程师的问题可以归结为：文档不充分导致对功能的理解不清晰，以及设计层次结构不够理想。天哪，这听起来确实像软件工程中会遇到的情况。

话虽如此，EDA 能否在模拟领域帮助促进设计块的适当复用，能否改善工程师在项目中的互动方式，从而更快地完成设计？也许答案是肯定的，但这项工作正在进行中。我将从以下六个方面展开讨论EDA工具如何在设计复用方面为我提供帮助：

系统中的宏建模模块有助于理解和团队沟通。我以前用过 LTSpice™，现在使用 Simplis™，因为它能为我设计的开关模式变换器提供周期性的系统稳定性分析。它生成的宏模型原理图也简单易懂，且可以运行概念验证仿真。与团队成员共享这些模型可以指导电路设计的选择。产品发布之后，IC 模型也可以发送给客户，利用已有的仿真工具来仿真更高级别的性能。充分利用这种类型的 EDA 工具将实现共赢的局面。
拥有高质量的原理图文档，包括直接在原理图上添加注释、有每个模块的展示、使设计更透明以加快审查速度并使复用更方便等。例如，大多数仿真器可以有效展示电路的直流（DC）工作点信息，但这些信息如果经过设计工程师的解读，会更有实际价值，因此它会影响工作裕度、共模输入/输出范围、增益/相位裕度等参数。
设计层次结构对于清晰理解非常关键。我见过一些错误的例子，例如将单个功能（例如带消隐的比较器）分散在不同层次结构的模块中。合理设置层次结构可以简化原理图的表达，便于理解，还可以促进布局和功能子块及其布局的重用。如果工程师认为一个模块的内部工作与外部模块的时序交互非常微妙、难以调整，那这样的模块通常不会被复用。
符号和器件建模在不同技术之间的兼容性促进了设计的迁移和复用。当器件引脚位置改变时，重新绘制原理图是一件非常痛苦的事情；在时间表上来看，就是从头开始。从头开始意味着，为了让电路简单，一些细微的差别可能被舍弃。因为工程师们认为，一旦重建原理图，他们就会失去个人IP。因此，我认识的许多工程师都宁愿停留在一种技术上很多年；如果可能的话，在他们的职业生涯中一直如此。但这是不可能的；所以工程师们应该保留电路元件的形式、适配和功能，以跨技术复用设计，从而提高工作速度，即使建模参数必须改变也可如此。
一位拥有多年经验的同事在他的签名块中写道：“布局即电路”。寄生布局元件对包括电路板在内的所有层次结构都会产生影响，要成功设计电路，必须对它们进行建模。在电路板级别，寄生元件通常是与开关电流串联的电感；在 IC 级别，它们通常是将噪声信号耦合到敏感信号或导致高速信号（数字或模拟）变慢的电容。因此，布局后提取仿真是非常重要的一步。有个小窍门就是在原理图上采用便于调试的统一网络命名约定；也就是说，要仔细选择信号名称，避免信号在层次结构的多个层级传播时发生冲突。
需求跟踪软件可以存储元数据，并为跨职能协作创建一个框架；在产品发布之后，还可用于外部审计。我用过JAMA Connect 和 Gitlab，后者在整合其他 EDA 工具的输出上能够发挥关键作用。

希望这篇关于 EDA 工具的简短论述是有意义的，并能引发讨论。总而言之，工程师在设计过程中面临许多选择。在有据可查、建模良好、简洁清晰的透明设计与相对缺乏这些特性的设计之间，他们会保守选择能够理解的安全设计。如果找不到本意透明的已有设计，不如完全重新来过。以上就是我对模拟电路复用问题的长篇回答。