工程师不得不懂的MCU混合信号验证策略和挑战

　　摘要：

　　飞思卡尔Kinetis MCU系列是一款高度集成、低功耗32位微处理器，基于ARM Cortex M4内核并拥有面向工业控制和多市场业务的内置DSP功能。Kinetis MCU采用Cadence模拟混合信号验证平台。本文将主要介绍Kinetis MCU混合信号的验证策略和挑战，其中包括混合信号建模、连接验证、混合信号VIP、混合信号功率验证和混合信号覆盖范围。

　　1 介绍

　　飞思卡尔Kinetis MCU系列是一款高度集成、低功耗32位微处理器，基于ARM Cortex M4内核并拥有面向工业控制和多市场业务的内置DSP功能。该产品是一大创新成果，是飞思卡尔迈出的重要一步。

　　Kinetis拥有多个复杂的混合信号IP。这些IP拥有多种不同的模式和设置，可支持多个电源。模拟部分可与数字部分以及其他模拟设计紧密合作。从模拟IP的角度来看，与性能需求相比，该IP功能变得越来越重要。从片上系统的角度来看，由于设计复杂，很难发现隐藏的错误。

　　鉴于以上几点，kinetis产品采用了最新的数模混合信号验证方法学。Verilog-AMS语言为模拟IP建模，采用了Cadence AMS designer验证平台进行仿真。

　　本文包括4部分：第一部分为背景介绍，第二部分为Kinetis MCU混合信号验证方法概述，第三部分为Kinetis MCU混合信号验证在AMS建模、AMS VIP、连接性验证、功率验证和AMS覆盖范围所面临的挑战。

　　2 设计与实施

　　2.1 AMS Designer

　　Cadence Virtuoso® AMS Designer是一款灵活的混合信号模拟器，它可以连接高级模拟和数字环境，从而实现无缝的混合信号模拟和验证。它将数字NC-Sim引擎与4款流行的MMSIM模拟引擎（Spectre、SpectreRF、APS® 和UltraSim®）相结合。根据设计特性，为设计人员提供他们所需的仿真结果。

　　AMS designer集成了面向混合信号验证的Virtuoso全定制环境和面向在数字验证环境中的用于混合信号验证的Cadence敏捷型功能验证平台。它可支持向下算法，从而在早期设计周期中迅速检测到设计错误，并采用混合信号硬件描述语言来加快仿真速度。

　　2.2混合信号验证的策略和方法

　　验证采用了软硬件协同仿真方法

　　SoC测试平台是建立在基于C语言的定向测试案例、??基于系统Verilog的测试平台组件，基于Verilog-AMS的测试平台组件和基与system verilog的随机约束激励。验证方法包括形式验证、基于断言的验证、覆盖驱动的随机约束验证方法。

　　2.3混合信号验证的挑战

　　在所有主要的设计挑战中，混合信号验证是最大的一个。对于绝大部分的芯片故障，大部分都是可以通过更好的验证方法预防的。那么混合信号验证最大的挑战是什么？就是AMS建模、功耗验证、验证IP、连通性验证、H/S协同仿真和覆盖率。接下来将会详细介绍Kinetis混合信号验证是如何克服这些挑战的。

　　2.3.1 混合信号验证的挑战之一 – 行为建模

　　AMS建模有一个共同的规则----建你所需要的模型，而不是你能建的模型。

　　本文选自电子发烧友网6月《智能工业特刊》Change The World栏目，转载请注明出处。

　　永远要平衡仿真的速度和精度。

　　有一些关于模型创建的简约、精确、性能和可读的若干准则。

　　·简约，只针对必要的功能验证建模。要在简约和精确之间进行权衡，这需要写模型的人、模拟设计人员和验证工程师讨论决定。应考虑到验证要求和意图。

　　·精确：不能精确表示电路行为的模型可能导致错误被疏忽。精确的建模所有数字逻辑是很重要的。模型应该根据存在/不存在适当的偏置电压/电流和电源来启动/停止操作。

　　·性能：AMS模型可能对仿真器性能产生负面影响。写模型的人需要考虑仿真速度。

　　·可读：模型很可能是其他模型的起点，所以要创建可读的代码，提供清楚的注释是很重要的。

　　2.3.2 混合信号验证的挑战之二 – 连接性验证

　　混合信号的第二大挑战是连接性验证。

　　混合信号验证往往会发现三种类型的功能性错误。

　　实施许多设置的单个模拟模块。 这些错误通常是控制逻辑上的微妙问题。设计者如果有太多的设置要测试，就很难发现。

　　连接性验证的重点在模拟到模拟接口或数字到模拟接口上。大多情况下有两种连接性错误：

　　1. 模块间通信错误；这属于鸡生蛋蛋生鸡的问题。举例来说，低功率芯片上调节器依赖于共享偏置发生器的情况。如果偏置发生器本身依赖于调节器的输出，那么这对组合可能永远都无法启动。

　　2. 数字电路，控制模拟，产生其输入，或处理其输出；或者是模拟和数字电路之间的接口。

大多数连接都有直接激励和检查器，对各个