应对模拟混合信号市场，西门子推出 Symphony Pro验证平台

在日前的第59届设计自动化会议 (DAC) 上，西门子 EDA 推出了其下一代混合信号 IC 验证工具 Symphony Pro。

Siemens EDA 混合信号业务部门首席产品经理 Sumit Vishwakarma 接受了一些媒体的采访，并解读关于验证及其他一些内容。

混合信号芯片设计正在兴起

很明显，混合信号芯片（具有模拟和数字电路的 IC）正变得越来越普遍。 SoC 和 ASIC 设计人员越来越需要混合信号设计。包括物联网、通信、汽车和工业控制在内的市场促成了这一需求。

根据 IBS Research 的数据，在物联网、通信、汽车和工业控制领域，工程师正在做更多的混合信号芯片，85% 的设计是混合信号。

比如在 5G 大规模 MIMO 无线电中将模拟信号链与数字前端 (DFE) 混合，在雷达系统中制作数字射频采样数据转换器，以及将模拟像素读出电路与数字图像相结合的图像传感器信号处理。

其他示例包括通过使用先进的混合信号电路来启用 PAM4 信令来满足数据中心计算的数据需求。西门子援引市场研究公司 IBS（国际商业策略）的数据称，当今 85% 的设计开始都是混合信号。

混合信号验证的挑战

混合信号 IC 设计验证是一项具有挑战性的任务，因为验证所需的仿真必须同时适应模拟仿真和数字仿真域。 Vishwakarma 说，这两个领域在很多方面都不同。数字设备以离散值运行，而模拟电路以连续域运行。

数字处理高（1）或低（0）是二进制状态，而模拟电路的节点电压和支路电流可以任意取正值或负值。重要的是，数字仿真可以在几分钟内快速完成，但模拟仿真既慢又需要密集计算，需要数小时甚至数天才能完成。

当混合信号设计中的模拟信号不在离散的高/低阈值内运行时，需要捕获该数据点并在调试时提供。

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西门子 EDA 之前的混合信号验证工具 Symphony 于 2018 年发布，通过使用一种称为实数建模的技术，利用模拟信号的数字近似来捕获模拟信号信息，解决了其中的许多挑战。

这使得仿真能够以 100% 的数字设计流程和所需的所有速度进行。但是在准确性方面存在限制。它假设从模拟到数字再到模拟的转换是完美的，但事实并非如此。Vishwakarma 指出，混合信号设计中 90% 的错误发生在模数转换边界。

考虑到所有这些，新的 Symphony Pro 工具添加了方法，以确保在仿真阶段收集所有重要的模拟波形数据并可供调试。

Symphony Pro Visualizer 架构和流程

Symphony Pro 的一个关键特性是它的 Visualizer 调试环境。 Vishwakarma 解释说，Visualizer 的流程由三个阶段组成。就像任何纯数字模拟器（例如西门子 EDA 的 Questa）一样，首先是编译阶段，您可以在其中获取 Verilog 网表并对其进行编译。第二阶段是优化，通过工具丢弃所有冗余数据的地方，只保留重要的设计信息以优化设计。

Symphony Pro 创建了一个模拟和混合信号数据库，其中包括所有模拟和数字波形数据。该数据被输入 Visualizer MS Debug 环境。

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第三阶段是模拟。在模拟阶段应用激励，运行模拟生成波形，Vishwakarma 说。此时，Symphony Pro 创建了一个模拟和混合信号数据库。该数据库将数字设计信息（用于数字模块的 Verilog 和 SystemVerilog）以及模拟设计信息与晶体管级数据结合在一起。该数据库还包含所有模拟波形数据。

根据 Vishwakarma 的说法，Symphony Pro 将数字和混合信号两个数据库输入到 Symphony Pro 的 Visualizer Debug 环境中。Visualizer Debug 是西门子 EDA 的数字仿真工具 Questa 附带的数字调试工具。但现在，使用新的模拟和混合信号数据库信息，生成的数据可以在 Symphony Pro 的一个新工具中可视化，该工具称为 Visualizer MS（混合信号）。

Visualizer MS 提供多方面的调试功能

Visualizer MS 调试工具可让工程师构建混合信号层次结构。如下图所示，用户可以使用不同的窗口分析设计和调试。您可以跟踪混合信号层次结构并查看 SPICE 网表和 RTL 源代码。您只需双击其中任何一个即可查看相关电路或查看 Verilog 源代码。

Symphony Pro 的 Visualizer MS 调试工具中的多个窗口可用于执行复杂的调试任务。这里显示了四个。

Symphony Pro 中的 Visualizer MS 调试工具提供了多个窗口，让工程师可以从不同的角度分析混合信号设计。这些包括：

设计窗口—让您显示整个混合信号层次结构，并带有不同仿真语言的颜色编码。

Source Window—让您查看采用 HDL 语言和 SPICE 的设计模块的源代码。

变量窗口—显示选定块内的网络，混合信号网络在视觉上清晰描绘。

Schematic Window—提供设计的连接视图以及基于实例的连接。

Wave Window—显示包含 BE（边界元素）的波形，并带有 Schematic Window 的反向注释。

Logic Cone Window—用于驱动器/接收器跟踪

MSNet 窗口——提供所有混合信号网络和插入的 BE 的视图。

Siemen EDA 之前的工具 Symphony 和 Symphony Pro 的一个重要区别是 Symphony Pro 只能与 Siemens EDA 模拟器一起使用。相比之下，Symphony 与其他供应商的模拟器兼容。

漫长的旅程和更容易的道路？

如果半导体有任何一致的趋势，那就是芯片的集成度越来越高。今天，这意味着位于同一 IC 上的模拟和数字模块比以往任何时候都更加普遍。 Symphony Pro 之类的工具可能表明这些复杂芯片的调试和验证可以更加自信和轻松地完成。