( 2006年1月1日) 作者：J. G. MENA、R. COOPER、H. SCHMELLER、H. DENG、R. STAIR、D. RAMAMURTHY
可攜式電源 IC 一般分為兩類：電池充電器、降壓/升壓轉換器等類比信號主導型產品，以及電池電量計等數位信號主導型產品。這種產品劃分方式曾使設計師能停留在類比領域或數位領域，無需混合信號 IC 設計流程方面的能力。
但是，產品需求獨行其道，如今的 IC 開發組織必須尋找一種新的設計和驗證流程，它應該能處理複雜的混合信號 IC 設計，以便借助廣泛的數位控制來滿足對電源管理應用專用的完整 SOC 的需求。並且，不僅產品複雜度提高了，縮短上市時間的壓力也增加了。因此，新設計流程的很大一部分是為了縮短總體專案週期時間。
兩種方法可以縮短複雜 SOC 的專案週期時間。首先，在類比電路的準確度可被接受的情況下，設計流程利用驗證工具來加快混合信號頂級類比週期。其次，設計流程提供一種更好的方式來把產品從系統定義移交到 IC 設計團隊。由於軟體平台各不相同，因此，除了晶片規範以外，系統和 IC 設計之間沒有直接的軟體介面。當系統級設計師和 IC 級設計師都使用相同的軟體工具時，系統定義的測試台或系統元件就可被重複使用，並且系統和設計組織之間的誤解會更少。
可攜式電源應用
為了保持競爭力，目前的可攜式電源管理 IC 整合了越來越多的特性。為了便於此處的討論，我們參考了筆記本電腦的一種電池充電 IC，不過設計方法適用於任何行業的任何電路。
為了給電池充電，電池充電 IC 可以整合微控制器專用通信介面、電源路徑管理、各種充電控制功能和直流/直流轉換器。圖 1 顯示了這類充電器的例子。對於設計師而言，實現對這些高度整合的電源管理 IC 的充分頂級模擬覆蓋，即便不是無法達到的目標，也是飄忽不定的。對於筆記本電腦電池充電器，直流/直流轉換器開關頻率能達到兆赫範圍，並且比較器消除突波時間可以僅為數十毫秒左右。這麼寬的頻率範圍使即時頂級晶片類比實際上成了無法完成的任務。
晶片的所有主要子區塊完成後，有必要驗證頂級晶片的最終功能。為了驗證大量混合信號知識財產 (IP)，必須運行很多頂級測試，每項測試都側重於不同的測試條件、刺激因素和輸出。因此，一件重要工作就是為設計方案的所有區塊提供不同的抽象級別。這種方法使設計師能夠有選擇地用詳細的描述或複雜的模型來代替某些區塊，並反復運行相同的頂級測試，從而明顯縮短了混合信號 IP 的週期時間。
這種開關電池充電器是用 0.35 微米 BiCMOS 技術製造的。第一個矽晶片就完全起作用。第一個矽晶片的高品質來源於全面的頂級驗證策略，它利用了混合信號設計環境，該環境可被系統級設計師和 IC 設計師共用。總體 IC 設計週期時間之所以被大大縮短，是因為新的設計環境提供了靈活性。
圖 4 和 5 描繪了這種 IC 的行為，充電是經由外部 CHGEN 引腳被啟用和禁用的。圖 4 顯示了混合信號類比的結果，類比使用了這區塊 IC 的邏輯部分、斜坡發生器、振盪器的行為模型。圖 5 顯示了該晶片在類似工作條件下的實驗結果。這些數字表明：混合式模擬準確地預測了實際矽晶片的行為。
簡化從系統級到電晶體級的設計轉化
上述新型可攜式電源 IC 驗證方法基於一個統一的設計環境，利用了 Verilog-AMS 混合信號類比。它被成功地用於設計某種混合式開關充電系統。實驗結果以及模擬和測試之間的比較都證明了這種新方法的優勢。與基於 SPICE 模擬的傳統驗證方法相比，該方法提供了混合的抽象級別、混合信號類比能力、更短的 IC 設計週期。借助一個針對系統和電晶體級設計和驗證的統一環境，就可以在電晶體級再次使用來自系統級設計的測試台，它簡化了從系統級到電晶體級的設計轉化，並縮短了設計時間，減少了設計風險。
感謝
感謝 Raji Gurumurthy 和 Wei Zhang 對電源 IC 設計專用的新型 AMS 設計環境所做的貢獻。我們還感謝 Scott Eisenhart 的鼓勵和建議，感謝 Keith Droge 和 Mike Meeds 在新設計環境開發期間的支援。
WD&D
作者簡介
Diwakar Ramamurthy 是 Cadence Design Systems 公司的應用工程師。他與德州儀器公司在類比/混合信號產品領域開展合作。他感興趣的領域是模擬和驗證、自頂向下設計、複雜類比/混合信號 SOC 的行為建模。
Jose G. Mena 於 1975 年從委內瑞拉加拉加斯的委內瑞拉中央大學獲得了電機工程學士學位，並分別於 1981 年和 1985 年從加拿大安大略省多倫多市的多倫多大學獲得了電機工程碩士和博士學位。從 1975 年至 1978 年，他在委內瑞拉加拉加斯的委內瑞拉科研院的積體電路實驗室工作。1985 年至 2003 年，他先後就職於 AT&T 貝爾實驗室、朗訊科技、傑爾系統公司，作為技術人員或技術經理。2003 年，他加入德州儀器公司，擔任設計經理，負責線性充電器和開關充電器、電源管理 IC、電量計、類比前端產品的設計和開發。
參考文獻
1. Deng, Haifei; "Design and verification of Synchronous Buck Converter"; Private communication; December 8, 2004.
