[科普中国]-模拟硬件描述语言

简介

在所有的设计方式中,模拟硬件描述语言（AHDL）对于建立模型、模型仿真、电路综合、测试及文件存档都是一种有效的工具。在数字领域,VHDL作为一种工业标准己被广泛接受,从高级的行为级到低级的电路级模型和模拟算法都己成功地应用,综合工具也已从RTL级发展到行为级,降低了电路设计的复杂性,为数字电路设计者提供了很大的帮助,加速了数字电路的自动化进程。而对于模拟电路,尚无一种标准的高层次描述语言问世,模拟电路的描述语言正在开发之中。用行为描述为模拟电路建立模型是一种新的趋势和研究热点。1

对AHDL的需求及要求目前,用于模拟电路验证的最著名的模拟程序是SPICE及在其基础上派生出的模拟程序,如HSPICE、PSPICE和IGSPICE等。SIPCE只是一种简单、有限的结构级描述语言,采用预定义的基本元件,元件的行为描述隐含在预定义的模型中,电路网络元件只能采用预定义的模型或宏模型,不能由用户自行定义。这种验证方式对于中、小规模的电路是适用的.当电路规模增大时,则需占用大量的CPU时间.并且无法对数/模混合电路进行验证。由于模拟电路自身及其相关领域的发展,设计者希望象数字电路一样除了使用预定义的元件外还可以用一种语言来描述电路的行为。这导致了模拟硬件描述语言的出现,同时对模拟电路的设计工具也提出了更高的要求。

AHDL应满足以下要求：

·支持物理和非物理定律的描述

·允许不同学科(电、机械、热、光等)采用同一语言进行描述

·支持连续和离散的时间描述

·支持层次描述

·支持行为(方程)和结构描述

·可模拟、综合和测试

·易于集成进现存的工具中

主要的AHDL语言VHDL-AVHDL-A是VHDL的扩展,它以VHDL’93为基础.在其中加入了支持模拟描述及数/模混合描述的语言结构,其数字部分与VHDL’93兼容,可以描述和模拟数字、模拟及数/模混合电路,暂不支持模拟综合,描述独立于模拟器。为在VHDL中加入模拟成分,IEEE标准化委员会成立了一个单独的领导小组来开展此项工作,为VHDL-A制定新的标准IEEE1076.1,根据该标准而创立的语言将于1997年VHDL再次修订时公布。从本质上讲,VHDL-A是一种硬件描述和模拟语言,支持任何设计方法,描述独立于工艺,适于描述和模拟数字、模拟及数/模混合系统,并可描述和模拟非电学系统(如热、机械等系统)。VHDL-A可对不同层次的设计进行描述。

MASTAnalog公司于1986年开发了Saber模拟器,它是第一个把模拟程序和模型分开的商用模拟器,此模拟器使用一种称为MAST的硬件描述语言。MAST AHDL可对数字、模拟、数/模混合电路及系统进行从行为级到结构级的建模和模拟,其模型不仅仅限于电学领域,还包括机械、热、电热学等方面的性能。

在MAST语言中,template是基本的模型单元,代表一个硬件模块,可描述设计中的一个元件、几个元件的组合或整个设计。所描述的模型可用Saber模拟器进行模拟。template由两部分组成,一部分由Header(标题)和Header declaration(说明)组成,其中包括template模型名、结点和参数;另一部分为template body,以“{”开始,以“}”结束,其中可描述硬件的功能或行为。结构级以网表的形式描述,低通滤波器的模块的行为可用方程来描述。方程可以为线性/非线性、代数/微分方程的组合,不支持积分表示,MAST AHDL支持层次建模。

重要性随着AHDL在不同设计阶段的发展和改革,它必需满足大量应用领域的模型需求,一种易于理解的、包含丰富的语言必需能提供模型结构来描述不同设计阶段的设计。典型的AHDL集中在模拟需要上,已发展了描述和模型化电路和系统的能力,因而它们能有效地模拟。模拟CAD的其它方面还没有得到很好地发展,例如模拟综合,版图生成等其它设计工作, AHDL尚将扮演什么样的角色还不是很清楚,但是这些模拟CAD领域正在发展,最终AHDL将应用于所有模拟设计层次。这些设计层次包括:电路模拟,电路综合,设计优化,版图和电路图设计,可测性,可制造性,统计分析,成品率估计,可靠性,电磁效应,封装,设计说明和验证。对于不同应用领域的设计描述, AHDL所提供的共同特征是定义了模拟模型,即多重域和抽象级上的行为描述;不同级和域上的互连模型;表达互连域的语法等。2