Couverture ElectroniqueS n°127

Electronic design - 28 Octobre 2004Le but de tout concepteur de circuit intégré est d'obtenir un circuit fonctionnel dès le premier passage au silicium. La fabrication est coûteuse et les délais de fonderie peuvent atteindre quatre mois, un premier essai transformé est donc souhaitable.L'industrie de la CAO propose des outils de conception puissants, mais ces derniers peuvent aussi bien fournir des résultats qui n'ont rien à voir avec ceux obtenus en réalité sur le silicium. Les designs analogiques, RF et mixtes causent le plus de problèmes.Les outils résolvent les problèmes d'équations d'électronique, mais de nombreux circuits ratés ont été obtenus suite à des bruits d'interférences non pris en compte, ou par l'utilisation de modèles ne représentant pas fidèlement et complètement la réalité. Les éléments parasites, variations de processus, désappariements de composants, oublis de composants implicites, conditions environnementales et modes d'opérations doivent être examinés. Les effets de couplage de transistors de commutation sur les signaux analogiques, les bruits de substrat ne sont pas forcément analysés par le simulateur. Les chemins d'interférence par exemple doivent être définis par le modèle pour que les bruits relatifs soient pris en compte, et cela doit être vérifié à chaque étape de la conception : architecture, design et layout.Les modèles des fondeurs ne restituent pas les scénarios spécifiques à un design. Il conviendra donc d'observer méticuleusement les composants primitifs fournis : résistances, capacités, inductances, interconnexions et semi-conducteurs afin d'en déterminer les limitations et la précision en regard de la conception ciblée (figure). Les circuits RF seront sensibles aux capacités parasites et inductances d'interconnexion, l'électronique de puissance devra surveiller les forts courants et gradients thermiques. Pour les transistors, deux aspects sont à prendre en compte : les limitations du modèle lui-même et l'imprécision des paramètres, soit d'une part les systèmes d'équations qui en régissent le fonctionnement et d'autre part les nombres peuplant ces équations. Les premières sont constamment révisées pour prendre en compte des effets inexplorés : bruit, utilisation sous le seuil…Il faudra comprendre ces modèles, leurs paramètres et aussi prendre connaissance de la façon dont ils ont été définis. Les accepter en aveugle n'est pas la voie la plus sage vers le succès. Les designs effectués sur les procédés les plus évolués du moment révèlent souvent de graves lacunes dans des modèles qui peuvent varier énormément en qualité. A l'extrême, il pourra s'agir de données statistiques issues de multiples cycles de fonderie. Tous les effets parasites peuvent être inclus : thermique, claquage, et variance sont susceptibles d'être rendus sous forme de structure composite prête à l'emploi en simulation. A l'inverse, certains modèles sont développés avant même qu'une seule tranche de silicium ne soit sortie de la ligne de fabrication, mais sont eux-mêmes réalisés à partir de simulation du procédé physique. Ensuite, les paramètres électriques sont dérivés de ces simulations.Les deux méthodes peuvent également cohabiter avec le compromis consistant, par exemple, à dériver pour des géométries variées les modèles validés pour une jonction de dimensions données. De tels modèles devront malgré tout être validés tôt ou tard. Les modèles primitifs nécessitent en outre d'inclure des drapeaux de violation de domaines de fonctionnement. Ainsi, le simulateur générera un message d'erreur lorsqu'une limite définie aura été franchie. Cela inclut les surtensions, les excès de courant, les limites thermiques et effets similaires. Si le silicium est utilisé de manière autodestructrice, cela doit pouvoir être détecté par le simulateur. Or cette fonction n'est pas fréquemment offerte.Comprendre le simulateurEn simulation analogique, les nombreuses versions commerciales du simulateur Spice ont leurs spécificités et améliorations, par rapport aux versions originales développées par les universitaires californiens de Berkeley de 1971 à 1983. Les paramètres d'intervalle de temps, la définition de la tolérance d'erreur, le type d'intégration utilisé sont susceptibles d'affecter la précision des résultats, masquer des effets haute fréquence et des instabilités ou, au contraire, les surestimer. Certains paramètres peuvent être automatiquement déterminés, encore faut-il savoir selon quels critères.

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