”VHDL” för analoga kretsar från Linköping

Nystartade Linköpingsföretaget Ansyn har utvecklat ett verktyg som lyfter analogkonstruktionen till ”VHDL-nivå”. Företagets verktyg Analog Dimensions kan till exempel användas för att optimerar analoga integrerade kretsar som AD-omvandlare, filter och förstärkare.

– Det finns tre hörnstenar i vår programvara. Vi attackerar produktiviteten så att man blir effektivare, det går att optimera på till exempel prestanda, area eller effekt och den tredje hörnstenen är att man får en högre yield. Allt detta är problemområden idag, säger Robert Hägglund på Ansyn.

Företaget sitter i Mjärdevi Business Incubator och har precis tagit in sin första anställda, även han har doktorsexamen.

Flödet med Ansyns verktyg Analog Dimensions är detsamma som för vilket analogverktyg som helst.

Konstruktionsarbetet börjar med att man ritar ett schema i ett verktyg från till exempel Cadence, Synopsys eller Mentor. Därefter importeras nätlistan till Ansyns simulator Analog Dimensions. Simulatorn innehåller bland annat optimeringsalgoritmer som anropar en Spiceliknande simulator.

I optimeringsalgoritmen sätter man upp vilka parametrar som ska optimeras samt vilka prestandakrav som ska uppnås. Det är i princip samma prestanda man kan mäta i vanliga Spice, det vill säga allt man kan mäta på. Men i Analog Dimensions kan man också mäta och optimera på andra parametrar som till exempel kretsarean.
Spicesimulaton kan antingen vara Anyns egen Eqsim men den som hellre vill gå på någon av de kommersiellt tillgängliga som Spectre, Eldo eller Hspice kan göra det.

– Vår simulator är anpassad för att utvärdera prestanda många gånger för samma krets vilket vanlig Spice inte är. Vi har en lite längre uppsättningstid men kortare exekveringstid vilket är fördelaktigt eftersom prestanda utvärderas många gånger vid optimeringen, säger Robert Hägglund.

Anyns simulator saknar dock fortfarande en del funktioner som finns i kommersiella simulatorer.
När optimeringen är klar går den modifierade nätlistan vidare till exempelvis Cadence eller Mentors layoutprogram.
Vid optimeringsarbetet kan man välja att börja med ett delblock eller att gå direkt på hela kretsen. Vad man väljer beror bland annat på storleken.

– Ger man sig på för mycket får man inte ut något vettigt, säger Emil Hjalmarson.
Samtidigt är det summan av delarna som bestämmer den totala ytan och den totala effektförbrukningen så att bara optimera delblocken ger inte det bästa resultatet.

– Vi har kört kretsar med ett par hundra komponenter men hur tungt det blir beror också på topologin.

Kan man då vara säker på att Analog Dimensions verkligen hittar den optimala punkten?

– I alla jämförelser vi gjort har vi aldrig fått stryk av en manuellt konstruerad krets.
Det gäller även små kretsar med bara en handfull transistorer. Dessutom går det betydligt fortare med Analog Dimensions, säger Robert Hägglund.

Han tar ett exempel med ett fempoligt filter som innehåller fem förstärkare och totalt 196 komponenter, 91 justerbara parametrar och ett tiotal prestandamål. Filtret är avsett för en för en ADSL-linje och med Analog Dimensions tog det ett dygn att ta dimensionera kretsen.

Av den tiden är fyra timmar schemaritning och fyra timmar arbete med att sätta upp kriterierna för optimeringsarbetet. Sedan tar datorkörningen 16 timmar. Resultatet blev ett filter som optimeras för bästa utbyte och som drar 8,4 mW.

Samma arbete som utförts manuellt tog uppskattningsvis sex dagar och landade på en effektförbrukning på 14,5 mW.

Från Linköpings universitet
I samma hus som Ansyn sitter även uppstartsföretagen Coresonic och SP Devices. Det senare har liksom Ansyn rötterna i professor Lars Wanhammars forskningsgrupp på Linköpings universitet. Där höll grundarna till Ansyn, Robert Hägglund och Emil Hjalmarson, på att doktorera på analoga filter. Men att konstruera och utvärdera filtrens prestanda manuellt tog alldeles för lång tid. För att snabba upp arbetet började de utveckla vad som idag förpackats som Analog Dimension. En programvara för att simulera och optimera analoga kretsar.

– Vi vill lyfta abstraktionsnivån inom analogkonstruktionen precis som VHDL har gjort för digital elektronik. Vi riktar in oss på integrerade kretsar även om programmet i princip skulle fungera för kretskortskonstruktion, säger Robert Hägglund.

Eftersom man i det senare fallet är hänvisad till färdiga kretsar är optimeringsmöjligheterna begränsade. Den som istället konstruerar på kisel kan skruva på varje enskild transistor och därmed påverka prestanda.

Vill byta ut gubben
I princip är det tre parametrar på transistorn som man justerar. Det är kanalens bredd, längd och antalet ½ngrar. Det stora antalet parametrar och deras olinjära och komplexa relationer till många prestandamålen medför att konstruktionsarbetet blir komplicerat och därmed tidskrävande.

– Vi vill byta ut gubben som trycker på knappen mot en algoritm. Det måste gå fort att utvärdera prestanda, säger Emil Hjalmarson.

Tiden man sparar in kan istället användas till att prova olika arkitekturer eller att optimera på systemnivå.
Den första kommersiella versionen av Analog Dimensions släpptes i somras och finns installerat hos en pilotkund.

För att sälja in programvaran har Ansyn hittills fungerat som ett konsultföretag och använt den egenutvecklade programvaran i kundprojekten. Målet är dock att kunna leva på försäljningen av programvaran.

– Det är väldigt svårt att få ett företag att ta in ett nytt verktyg utan att ha utvärderat det. Vi kommer in och kör det på en design. Det ger kunderna en riskfri möjlighet att prova verktyget, säger Emil Hjalmarson.

En kund som Ansyn kan berätta om är Linköpingsföretaget Sicon som bland annat utvecklar AD-omvandlare för videotillämpningar, se separat artikel (länk) .

Ansyn hittills valt att inte söka externt kapital. Företaget har levt på inkomsterna från konsultarbetet men ett av målen under det kommande året är att ta in riskkapital för att kunna expandera snabbare.