应用Calibre xRC 辅助模拟电路版图纠错
威盛电子（中国）有限公司 蔡光杰
[摘要]
在模拟电路设计中，在版图完成之后进行带寄生参数仿真是必要的，该仿真能够检查实际的版图在多大程度上符合我们的设计要求。Calibre xRC是一款优秀的版图寄生电阻电容抽取工具，它能提供非常详细的寄生参数信息。但是，越是详细的寄生参数网表就必然导致越长的仿真时间，这往往给电路的后仿真带来一些不方便，增加电路纠错的周期。本文将根据实际工作的经验，介绍如何使用Calibre xRC的RC-Reduction和Lumped C功能来简化寄生参数网表，以缩短电路纠错的周期，以及在实际中的应用效果。
1．寄生电阻电容对模拟电路的影响
在模拟电路设计中，电路中的各种寄生效应对性能影响很大。一般来说，寄生电阻和寄生电容对电路的影响最为明显。如果忽略寄生效应的影响，会导致仿真结果偏离了真实情况，甚至会出现错误的结果。如果能抽取出这些寄生效应的数据，结合电路进行仿真，就能够比较准确的模拟真实电路的特性。Calibre xRC为我们提供了抽取电路寄生参数的解决方案。通过对电路版图的分析，Calibre xRC能够抽取对电路性能影响最为重要的寄生电阻和寄生电容。然而随着电路的复杂度上升，我们抽取出来的带有寄生电容和寄生电阻的网表变得巨大而且复杂，使用这样的网表进行仿真需要的时间也变得非常长。如果我们通过仿真发现电路存在问题，需要寻找问题所在并要进行多次仿真，则可以通过Calibre xRC的一些选项来简化网表，并且使得问题更容易被发现。下面两个例子分别使用RC-Reduction和Lumped C来简化后仿真网表，并且使我们能迅速找到问题所在。
2．快速定位影响电路性能的主要寄生电阻
下面举的例子是应用在Audio方面的电路，如图1所示，相对应的版图如图2所示。
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图1
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图2
这是一个单声道功率放大器，带音量调节功能和静音功能。电路由三部分组成，功率放大器，可调电阻单元，数字逻辑控制单元。当静音控制有效时，要求静音效果达到-80dB以下。在没有寄生效应影响的情况下，电路性能达到要求。但是如果对电路版图进行进行参数提取后，用带RC参数的网表仿真得到的结果显示静音效果并没有达到要去，只有-60dB左右。很明显，这是电路中寄生电阻电容影响到电路的性能。通常，影响功放增益的一般是信号通路上的电阻效应。但是从版图抽取出来的参数网表达到58782行，每个节点的电阻分割很细，不容易看出每个节点的寄生电阻，不好定位问题所在。
为此，我们在xRC的rule file当中设定如下选项：
PEX TOLERANCE DISTRIBUTED R 10
通过此命令，可以将电路节点的电阻累加，将原先分割很细的小寄生电阻叠加。产生的网表也简化到27600行。虽然用此网表进行仿真，仍然存在静音效果的问题，但是仿真时间减少了，而且因为经过电阻整合，便于我们检查各个节点
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的寄生电阻。当我们检查寄生电阻超过10欧姆的时候，发现在信号通路上的FB线上，寄生电阻达到约60欧姆。若单独减小此寄生电阻的阻值，重新仿真得到的结果表明，静音效果达到要求。由此可知，我们找出了静音问题的根本原因。
3．快速定位影响电路性能的寄生电容
在抽取寄生参数方面，Calibre xRC提供只抽取寄生电容参数的Lumped C的解决方案。在很多电路中，寄生电容对电路性能的影响要比寄生电阻大，只考虑寄生电容基本上满足性能的要求，而且只抽寄生电容参数使得网表要比同时抽取RC要小得多。对于遇到出问题的电路时，这也是检查寄生电容对电路影响的解决方案。下面的例子如图3图4所示，
图3(a)
图3(b)
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图4
这是一个的全差分放大器电路。电路由放大器和共模反馈电路两部分组成，其中共模反馈电路用开关电容实现的。电路设计要求达到较小的谐波失真，也就是较小的THD。在版图前仿真的结果达到设计的要求之后，因为本电路设计谐波失真与电容关系密切，我们在版图后抽取是采用Lumped C抽取方式。少了寄生电阻，网表明显简化很多，减少了一个数量级，变成3300行。并且我们增设选项：
PEX REDUCE LUMPED C < 10
网表得到进一步简化，接近2000行。用此网表进行仿真，极大的节约时间。通过后仿结果发现THD变差，而且出现较大二次谐波。这时我们通过比较通路信号上各个关键节点的电容，发现图3(a)中本应该对称的输出端，寄生电容相差较大，原因是输出端连到共模反馈电路的电容上的基板极性并不一致。当基板极性调成相同后，如图3(b)，重新仿真结果表明二次谐波变小了，THD达到要求。
结论
在电路版图完成后，应用Calibre xRC提取寄生参数，不但能够使得仿真更接近真实情况，而且通过设定一定的选项，产生有效、明了的网表，有利于更快
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调试电路，检查电路性能，并顺利解决电路设计中出现的问题。
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