使用基于模型的设计提高 IC 开发效率

为应对日益加剧的竞争压力，集成电路 (IC) 制造商正不断缩短产品交付周期，而与此同时，设计日益复杂，再加之客户对质量和性能的期望值也在增加。传统的设计方法是团队基于文档对规范进行验证，并在最终量产版本推出之前制作多个原型。许多制造商发现，这种方法已经难以跟上当前行业的步伐。

ROHM 将基于模型的设计融入到电机控制应用、传感器应用和电源系统的 IC 开发流程中。通过在 Simulink^® 中对混合信号 IC 设计、被控对象和微机电系统 (MEMS) 进行建模和仿真，产品团队能够在进行电路级设计之前从高层面验证设计规范。这种方法减少了返工、开发时间和原型数量，同时提高了整体设计质量。例如，通过从我们在 Simulink 中创建和验证的模型中自动生成 Verilog^® 代码，我们可以将验证时间从一个月缩短到短短几天。这不仅提高了开发效率，而且通过将实现 bug 的数量减少到零来提高质量。通过基于模型的设计，我们可以对已经验证了模型级规范并确认电路级功能和特性符合设计规范的产品进行一次而非三四次原型构建，然后直接从原型进入批量生产。

本文介绍了电机和传感器领域。

基于模型的设计在电机控制 IC 领域的应用

在开发用于电机控制应用的 IC 时，我们的团队首先从对需要控制的电机进行建模开始设计过程。我们使用运动方程和电压方程在 Simulink 中对电机的机械和电气特性进行建模，然后使用 MATLAB^® 根据实际电机的测量值来拟合该模型的参数。根据我们团队设计的电机模型，我们还可以将感应传感控制引起的磁饱和效应和轴错位导致的抖晃效应考虑在内。作为被控对象模型的一部分，我们包含了使用 Simscape™ 创建的电机驱动晶体管模型。该驱动器模型使我们能够分析瞬态特性；例如，由电机绕组中的寄生电容引起的脉冲宽度调制开始时的电流振荡。

我们也在 Simulink 中对电机控制器进行建模，然后对控制器和被控对象同时运行系统级仿真，以检查设计控制功能的速度、位置和上升等性能。以这种方式验证控制器设计之后，我们使用 Fixed-Point Designer™ 将控制算法转换为定点。然后，我们使用 HDL Coder™ 从模型生成可合成的 Verilog RTL，从而加速实现并消除引入以前手工编码时遇到的编码错误的风险。

使用 DPI-C 模型生成开发 MEMS 设备

对于涉及 MEMS 传感器和相关传感器 IC 的项目，我们使用的开发流程与电机控制 IC 的开发流程非常相似。但是，我们不是进行测试来表征电机，而是使用三维电磁分析和结构分析工具来表征 MEMS 设备，然后将通过此过程识别的参数拟合到设备的 Simulink 模型。或者，我们在 MATLAB 中执行传递函数识别和多元回归逼近，然后使用传递函数作为设备的模型。

我们创建了传感器 IC 的 Simulink 模型，该模型与电机控制器模型非常相似，可作为设计的可执行规范。通过 Simulink 中的系统级仿真，我们可以在 Cadence^® Virtuoso^® 平台上优化设计之前提前验证这一规范。

在我们的 MEMS 设计工作流中，我们可以执行不属于电机工作流的额外验证步骤。具体来说，我们使用 HDL Verifier™ 和 Embedded Coder^® 从我们的 Simulink MEMS 设备模型生成 SystemVerilog DPI-C 模型（图 1）。然后，我们在 Cadence 环境中使用此 SystemVerilog 模型来全面验证我们的 IC 设计（包括放大器、模数转换器和数字处理逻辑），并在签署验证之前继续对其进行详细说明。这种方法不仅提高了开发效率，而且有助于保证设计质量，因为我们对设计进行了一致性验证，即首先在 Simulink 中验证，然后在 Cadence Virtuoso 中验证。

FPGA 在环客户评估

我们的许多客户发现，能够评估正在开发的 ROHM 产品对他们自己的开发过程来说是一个显著的优势。对于这些客户，我们使用 HDL Coder 从我们的 Simulink IC 模型生成 HDL 代码并将其部署到 FPGA 评估板。客户随后可以使用该评估板来评估他们的硬件设计。客户也可以使用 HDL Verifier 通过他们自己的系统级 Simulink 模型执行 FPGA 在环仿真，以执行瞬态分析和设计优化。通过这两种方法，我们的敏感 IP 受到了保护，因为我们只共享 FPGA 实现，而不是我们的源设计资产。

ROHM 建立基于模型的设计小组

为了帮助 ROHM 的产品团队采用基于模型的设计，我们成立了基于模型的设计小组，这是一支由拥有丰富设计经验的工程师组成的团队。该小组开发的资产使团队能够轻松地在 Simulink 中应用建模、仿真和代码生成，作为自上而下的 IC 设计工作流的一部分。资产包括模型模板、文档和工具（例如，参数提取工具），以及电机模型、MEMS 模型和 SystemVerilog DPI-C 生成的技术指南。

该小组还分享了建模技术并举行了内部简报和培训会议，以帮助团队快速上手。虽然该小组最初的目标是日本当地的 ROHM 团队，但现在，它正在帮助 ROHM 的海外设计中心组建专门从事基于模型的设计项目的团队。

许多 ROHM 团队已积极采用基于模型的设计，但也有一些团队不太情愿，因为他们还没有为自己的领域建立基于模型的设计环境。对于这些团队，基于模型的设计小组需要时间来展示该方法的好处，以及已经使用该方法的团队所实现的优势。最近，我们成立了使用 Simulink 进行传感器 IC 和电机 IC 开发的工作小组。ROHM 的工程师加入这些小组来分享技术信息并了解与许多团队相关的主题，包括如何在 Simscape 中对 MOSFET 驱动器建模、如何创建高度精确的 MEMS 模型以及如何识别现有电路的频率响应。

在 ROHM 推广使用基于模型的设计

在我们部门，使用基于模型的设计的团队数量正在稳步增加。此外，我们开始看到基于模型的设计应用于整个公司的各个业务部门，包括负责开发和制造碳化硅 (SiC) 和绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 产品的部门。最近，我们还看到汽车客户对基于模型的设计的需求也在不断增加。ROHM 现已做好充分准备来满足这一需求。