Paul Double är grundare och vd för EDA Solutions, europeisk agent för såväl konstruktionsverktyg från Tanner EDA som Mosis produktion där flera kretsar samsas på samma kiselskiva (MPW, Multi Project Wafer). Paul arbetade för Philips i många år, men har de senaste åtta åren jobbat med sälj- och konsulttjänster inom konstruktionsprogramvara, bland annat på Acapella. Där fick han inblick i Tanners verktyg och MPW-metodiken med vars hjälp även småföretag får ekonomiska möjligheter att ta fram asicar.

Problemet är att de konstruktionsmetoder som används för digital konstruktion inte passar så bra för analog. Återanvändbara IP-block (Intellectual Property) fungerar fint på det digitala området men inte för analoga komponenter som skiljer sig mycket mer åt, beroende på deras respektive miljöer och vilken processteknik som använts för att tillverka chipsen.

Detta har lett till flera olika, konkurrerande konstruktionsmetoder för analoga komponenter och automatiserad analog konstruktion.

I första hand har många konstruktörer siktat in sig på en digital process som reproducerar analoga funktioner. Följden har blivit digitalt låsta slingor (DLL) i stället för faslåsta slingor (PLL) och även helt digitala versioner av AD-omvandlare. Ett företag som har gjort detta är Cologne Chip i Tyskland som har utvecklat en helt digital AD-omvandlare som används i en ljudcodec.
Detta möjliggör konstruktioner som är helt digitala samtidigt som de sedvanliga problemen med att skala de analoga komponenterna undviks. Dessutom kan elementen enkelt integreras i digitala konstruktioner och processer.

Problemet är att resultatet inte är av speciellt hög kvalitet och att användandet av digital emulering kräver betydligt mer kiselyta och därför är dyrt. Ett analogt element är mindre, billigare, mindre energikrävande och av högre kvalitet, men är inte återanvändbart och kan ta längre tid att utveckla.

Så en del företag har försökt skapa analog syntes för automatisk produktion av analoga element från ett högnivåspråk för konstruktion som exempelvis AHDL. Trots många års försök är de här verktygen helt enkelt inte tillräckligt bra för att användas i konstruktioner. Vid Design Automation Conference 2005 slog marknadsundersökningsfirman Gartner Dataquest kategoriskt fast att det inte finns några analogsyntesföretag.

Ett tredje alternativ är att använda analoga IP-block. Detta fungerar om man har kontrollen över fabriken och kan analysera alla IP-extremfall, men om man saknar egen fabrik eller använder tredjeparts-IP finns det för många variabler som påverkar slutproduktens kvalitet och utbyte.

Till följd av detta är blocken tätt knutna till en särskild process – vilket är OK om man använder denna process, men ett problem om man inte gör det. Och det gör också blocken svåra att porta till nya processer, vilket innebär att de blir dyrare än digitala standard-IP-block.
Något annat negativt med IP-metoden är svårigheten att särskilja sig. Om man själv kan köpa IP-blocket från en tredje part kan även konkurrenterna göra det. Därför har man med IP-metoden mycket små möjligheter att skräddarsy ett block för att förbättra slutprodukten.
Detta leder oss tillbaka till full custom-konstruktion och det bästa sättet att göra det. Metoden betraktas ofta som svartkonst, men de bakomliggande principerna har varit väl etablerade i åratal. Förmågan att matcha parametrar, minska störningar och hantera brus och läckage har blivit allt viktigare vid digital konstruktion.

Analog konstruktion ses också som dyrt på grund av de verktyg som krävs, men så är inte längre fallet nu när verktyg som exempelvis pc-baserade L-Edit från Tanner EDA används allmänt och är överkomliga i pris för de flesta konstruktörer.
Analog konstruktion kan implementeras på flera olika områden och det finns allt fler automatiseringsmöjligheter på de här områdena – om inte i hela konstruktionsflödet – vilket underlättar arbetet och minskar tiden det tar att skapa en fullständigt testad full custom-konstruktion.

Bland områdena finns den elektriska konstruktionen med anslutningarna och storleken på komponenterna, simuleringen och verifieringen av prestanda, skapandet av själva blocken, layouten av transistorerna och RC- och induktorkretsarna. Sedan måste blocken placeras med hänsyn tagen till störningar och variationerna i tillverkningsprocessen och därefter routas med hänsyn tagen till signalintegritetens behov och matchningen av signalledningar. Allt detta skiljer sig markant från det digitala konstruktionsflödet.

Det finns olika verktygsleverantörer som tillhandahåller lösningar för de olika delarna i konstruktionsflödet.
AnSem i Belgien använder proprietär teknik för att automatiskt dimensionera komponenter. Informationen om tillverkningsprocessen och prestandamålet utnyttjas för att beräkna hur stora komponenterna måste vara. Verktyget fungerar för ett stort urval typiska kretstopologier och ansluts till generatorer i layoutfasen.
För nästa skede tillhandahåller Tanner EDA parameteranpassningsbara celler skrivna i C som tar komponentparametrarna som indata och skapar en layout enligt konstruktionsreglerna för systemet och processen.
Eftersom layouten är avgörande för en analog konstruktions prestanda styrs layouten av schemat och parametrar överförs från schemat till cellerna. Detta går att göra eftersom Tanners L-Edit Pro-verktyg integrerar layoutredigering, verifiering och ”place & route” i en enda verktygsuppsättning.
Funktioner som onlinekontroll av konstruktionsregler innebär att problem markeras när de uppstår så att man kan åtgärda dem direkt och slipper tidskrävande iterationer av satsvisa bearbetningar för att hitta en lösning. Den här praktiska realtidsfunktionen är nödvändig för analog konstruktion och hjälper konstruktörer att bli klara med sina konstruktioner snabbare och få bättre utbyten.

Sedan är det routingen. Brittiska Pulsic i Bristol utnyttjar en formbaserad routingalgoritm som både kan använda konstruktionsregler på enskilda nät beroende på vilken signaltyp det är och automatiskt routa näten med varierande spårvidder för att undvika problem med strömtäthet.

De här verktygen fungerar inte nödvändigtvis tillsammans – Pulsics verktyg är för närvarande inriktade på konstruktionsflöden som använder verktyg från Cadence Design Systems, men är ändå bevis på att det finns en viss grad av automatisering inom analog konstruktion.

Nu finns det forskningsprojekt som arbetar med analog återanvändning. Forskare vid universitetet i Southampton utvecklar konstruktionsmetoder baserade på ström i stället för spänning så att man slipper behovet av passiva komponenter som kondensatorer, spolar och induktorer. Detta kommer att göra det mycket enklare att konstruera analoga IP-block i processer med fina geometrier och att porta dem till nya. Blocken som skapas blir också mindre än de spänningsbaserade konstruktionerna eftersom kondensatorerna tar upp en allt större del av kislets yta i 120 nm- och 90 nm-konstruktioner.

Men detta är fortfarande bara på forskningsstadiet och det kommer att ta flera år innan metoden är allmänt etablerad. Under tiden är full custom-metoden med verktyg från företag som exempelvis Tanner EDA det bästa och snabbaste sättet att producera kostnadseffektiva konstruktioner som är något utöver det vanliga.