随着SoC时代的到来CONTROL ENGINEERING China版权所有，没有EDA的集成电路工业几乎是寸步难行。而要验证设计是否正确，离不开精确模型的支持。

　　片上系统及EDA
　　Robert Royce和Jack Kelby于1959年发明的平面集成电路（IC）技术为电子与信息科学注入了新的活力控制工程网版权所有，推动了计算机、网络与通信技术的高速发展，从而彻底改变了人们的生活模式和价值观念。自从1961年以来，集成电路就一直按摩尔定律高速发展，即单个芯片上所集成的晶体管数目每隔18个月到2年就翻一翻，在先后经历了小规模、中规模、大规模、甚大规模等历程之后，发展到今天的片上系统（SoC：System-on-a-chip，也称作微系统芯片）时代。

　　SoC的时代自20世纪90年代末开始，主要的标志是人们已经能够将包含模拟电路、射频电路、微处理器、数字信号处理器（DSP）、存储器和微机械等的完整系统集成到一个芯片上，如图1所示。根据美国半导体工业协会（SIA）1999年的预测，单个芯片所集成的晶体管数目很快达到10亿以上，而芯片的工作频率也将迅速增长。

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　　随着集成电路不断发展，传统的面板加烙铁的分离电路设计方法逐步退出了历史舞台，而借助计算机的集成电路自动化设计方法则得到了高速发展。

　　EDA（电子设计自动化）技术的发展经历了20余年3个阶段的发展：20世纪70年代的CAD阶段，此时PC尚未普及，相应工具的功能较弱；80年代的CAE，此时PC开始普及，集成电路规模也在按照摩尔定律发展，功能逐步完善；90年代的EDA，随着制造工艺技术的长足发展，EDA工具的功能越来越强大，应用也越来越广泛。90年代中期，EDA就已发展成为一个比较独立的产业。尽管EDA产业的规模比集成电路工业小数十倍，但它是集成电路高速发展的支柱，特别是随着SoC时代的到来CONTROL ENGINEERING China版权所有，没有EDA的集成电路工业不但不能高速发展，而且还会停滞不前。

　　芯片设计者在SoC时代所面临的主要难题来自芯片的规模和复杂性日益剧增、工作频率增加和器件尺寸缩小所带来的互连线延时和噪声问题CONTROL ENGINEERING China版权所有，由单一数字系统向数模混合系统以及混合信号系统转化的难题，低电压低功耗问题，设计验证与可测性问题等。SoC设计使得现代EDA的发展要改变总是落后于制造工艺技术的局面，并且要求EDA工具智能性更高和功能更强，此外，未来的EDA一定要能够实现高层综合和软硬件协同设计，根据系统功能，划分成软件(C语言)和硬件（HDL），并希望使用统一的系统描述语言来实现高层综合。

　　模型设计趋势
　　要验证设计是否正确，就需要精确模型的支持。建立模型是进行仿真的第一步。一般说来，模型越复杂CONTROL ENGINEERING China版权所有，仿真的结果越精确CONTROL ENGINEERING China版权所有，但所耗费的仿真时间也越多；模型越简单，仿真的结果越粗糙，但所耗费的仿真时间也越少。在仿真速度和精度之间需要做一些折衷：保留仿真对象的重要特性，忽略一些次要的性能，尽量得到一个简化而又准确的模型。

　　随着深亚微米集成电路制造工艺的发展和片上系统的出现，对于最基础的器件模型来说，其更新相当频繁，以适应随之而来的新问题。仅以SPICE中MOS晶体管模型为例，最简单的Level1模型是基于H. Shichman和D.A. Hodges方程，Level2模型考虑了沟道长度调制效应和更为精确的阈电压模型，Level3模型考虑了短沟和窄沟道效应，BSIM1、BSIM2和BSIM3模型考虑了深亚微米器件效应，而BSIM4则考虑了频变电感等射频应用时的深亚微米器件效应。另外，宏模型已经有数十年的发展历史，在系统设计方面有着重要作用。随着SoC时代的到来CONTROL ENGINEERING China版权所有，模型设计也出现了下列发展趋势：基于VHDL-AMS或Verilog-AMS的混合信号模型；表格模型；噪声模型和功耗模型；互连线模型；RCLM网络的精简模型；衬底窜扰模型；芯片级宏模型。

　　表格模型
　　电路性能不仅与电路结构相关，而且与电路中各器件的行为密切相关。由于受短沟道和窄沟道效应等的影响，深亚微米器件的物理模型非常复杂，目前工业界广泛使用的器件模型是由加州大学伯克利分校研究成功的BSIM3和BSIM4模型。

 
　　在深亚微米工艺中，由于短沟和窄沟效应的影响，沟道电流的计算非常复杂。例如：目前工业界广泛采用的BSIM3V3.2.2模型就包含100多个模型参数。众所周知，加州大学伯克利分校研究出BSIM3V3.2.2模型花费了相当多的人力和时间，而且该模型还不能处理沟道长度小于0.15mm的器件。这种模型不仅复杂，而且随着工艺水平的提高，研究新模型将是费时费力的事。

　　表格模型是解决该问题的有效手段。但表格模型的难点是如何分区、如