600 Technik
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Dieses Buch vermittelt die grundlegenden Kenntnisse für den Layoutentwurf digitaler und analoger Schaltungen. Neben den ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen werden auch Werkzeugaspekte behandelt. Das Werk befähigt Ingenieure, einen Schaltplan oder eine Netzliste in eine Layoutdarstellung zur Fertigung eines integrierten Schaltkreises (IC) oder einer Leiterplatte umzusetzen. Nach einer einleitenden Übersicht zu Fertigungstechnologien, Besonderheiten der Mikroelektronik und den Aufgaben des Layoutentwurfs behandelt Kap. 2 zunächst die technologischen Grundlagen der IC-Fertigung. Darauf aufbauend werden nachfolgend alle Aspekte des Layoutentwurfs vertieft: Schnittstellen, Entwurfsregeln und Bibliotheken (Kap. 3), Entwurfsstile, -modelle und -flüsse (Kap. 4), Entwurfsschritte (Kap. 5), Besonderheiten des analogen IC-Entwurfs (Kap. 6) und schließlich Zuverlässigkeitsmaßnahmen (Kap. 7). Das Buch eignet sich als Lehrbuch in den Ingenieurwissenschaften und als Nachschlagewerk für Schaltungs- und Layoutentwickler in der Industrie.
There is still a great reliance on human expert knowledge during the analog integrated circuit sizing design phase due to its complexity and scale, with the result that there is a very low level of automation associated with it. Current research shows that reinforcement learning is a promising approach for addressing this issue. Similarly, it has been shown that the convergence of conventional optimization approaches can be improved by transforming the design space from the geometrical domain into the electrical domain. Here, this design space transformation is employed as an alternative action space for deep reinforcement learning agents. The presented approach is based entirely on reinforcement learning, whereby agents are trained in the craft of analog circuit sizing without explicit expert guidance. After training and evaluating agents on circuits of varying complexity, their behavior when confronted with a different technology, is examined, showing the applicability, feasibility as well as transferability of this approach.
This paper presents a toolbox in Matlab/Octave for procedural design of analog integrated circuits. The toolbox contains all native functions required by analog designers (namely, schematic-generation, simulation setup and execution, integrated look-up tables and functions for design space exploration) to capture an entire design strategy in an executable script. This script - which we call an Expert Design Plan (EDP) - is capable of executing an analog circuit design fully automatically. The toolbox is integrated in an existing design flow. A bandgap reference voltage circuit is designed with this tool in less than 15 min.
Electronic design automation approaches can roughly be divided into optimizers and procedures. While the former have enabled highly automated synthesis flows for digital integrated circuits, the latter play a vital (but mostly underestimated role) in the analog domain. This paper describes both automation strategies in comparison, identifying two fundamentally different automation paradigms that reflect the two basic design practices known as “top-down” and “bottom-up”. Then, with a focus on the latter, the history of procedural approaches is traced from their
early beginnings until today’s evolvements and future prospects to underline their practical importance and to accentuate their scientific value, both in itself and in the overall context of EDA.
This paper presents an improvement in usability and integrity of simulation-based analog circuit sizing. Instead of using geometrical sizing parameters (width, length), a transformed design-space, consisting exclusively of electrical parameters (branch currents, efficiencies and speed) is utilized. This design-space is explored more efficiently by optimizers. Moreover, this design-space can be reduced without affecting the quality of the result. The method is illustrated on two application examples, a symmetrical and a miller operational amplifier. Sizing the circuits using the transformed design-space showed significant reduction in required circuit simulations (up to 11x faster), better convergence, without loss in quality.
Universelle OTA-Testbench
(2014)
Es wird eine universell einsetzbare Testbench zur Simulation von integrierten Schaltungen innerhalb der OTA-Schaltungsklasse (Operational Transconductance Amplifier; Transkonduktanzverstärker) vorgestellt. Transkonduktanzverstärker sind in der analogen Schaltungstechnik weit verbreitet und daher von großer Bedeutung. Sie treten sowohl als eigenständige Schaltungen innerhalb eines Chips, sowie als Bestandteil anderer Schaltungen (z.B. als erste und zweite Stufe von Operationsverstärkern) auf. Es kann davon ausgegangen werden, dass heute kaum ein analoger oder Mixed-Signal-Chip gefertigt wird, in dem keine Transkonduktanzverstärker verbaut sind. Die Entscheidungsfindung des Entwicklers bei der Auslegung eines OTAs beruht maßgeblich auf einer anwendungsspezifischen Simulation. Die Erstellung einer eigenen Testbench für jede Anwendung bedeutet allerdings einen hohen Zeitaufwand und erschwert den Vergleich der Simulationsergebnisse unterschiedlicher Schaltungsvarianten. Durch eine universelle Testbench kann zum einen der Zeitaufwand verringert werden, zum anderen können nun Simulationsergebnisse direkt miteinander verglichen werden. Hierdurch wird die Entscheidungsfindung des Entwicklers objektiviert und beschleunigt. Neben dem Vergleich unterschiedlicher Schaltungen innerhalb einer Technologie ist auch der Vergleich einer Schaltung in unterschiedlichen Technologien denkbar. Die Idee einer universell anwendbaren Testbench lässt sich auch auf andere analoge Schaltungsklassen anwenden und damit als Prinzip verallgemeinern.