Analog Workshop 2023

Prozedurale Automatisierung des Entwurfs analoger integrierter Schaltungen mit der Expert Design Plan Toolbox

Trotz unzähliger Forschung in den vergangenen 30 Jahren, wird die Mehrzahl aller analogen integrierten Schaltungen nach wie vor in aufwändiger Handarbeit entworfen. Die existierenden Verfahren zur Automatisierung des Entwurfs basieren größtenteils auf Optimieralgorithmen. In der industriellen Realität scheitern diese Verfahren oft, da die beim Analogentwurf unweigerlich auftretenden vielzähligen und gegenläufigen Optimierungsziele und komplexen Randbedingungen einerseits ein aufwändiges Constraining erfordern und andererseits zu langen Rechenzeiten und oft unzureichenden Lösungen führen. Deshalb setzen wir auf prozedurale (d.h. generatorbasierte) Verfahren, bei denen das erfahrungsbasierte Entwurfsvorgehen eines menschlichen Experten in einem parametrisierbaren und ausführbaren Skript abgebildet wird. Diese Vorgehensweise hat sich bei der Automatisierung des Layoutentwurfs (PCells, PyCells) schon bewährt. Um die prozedurale Methodik auch für den Schaltungsentwurf bereitzustellen, haben wir die Expert Design Plan (EDP) Toolbox im Matlab/Octave und Python erstellt. Die Toolbox stellt alle relevanten Befehle bereit, um die Designstrategie für eine beliebige analoge Schaltung in einem ausführbaren Skript abzubilden, d.h. insbesondere Schaltplangenerierung, Setup,  Ausführung und Auswertung von Simulationen, Dimensionierung auf Basis von Look-Up Tabellen und nutzerfreundliche Befehle zur Design Space Exploration. Die EDP-Toolbox kann nahtlos an existierende Entwurfsumgebungen (z.B. Cadence Virtuoso) und beliebige PDKs angebunden werden. Mit einem EDP ist es möglich, z.B. eine Bandgap in weniger als 15 min und einen SAR-ADC in weniger als 20 min automatisiert zu entwerfen.