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DesignEasy 用户使用简明教程
吕文龙([email protected])
project 简介
DesignEasy(www.ic-designeasy.com)是一个在线模拟电路自动化设计工具，用
户可用使用网站上内置的电路，也可以对自己设计的电路进行优化。本教程针对
用户使用自己设计的电路进行优化的情景，进行简明的介绍，使用户能够较快的
熟悉流程。
要对用户自己设计的电路进行优化，用户需要提供：
1. 一份网表，描述电路的拓扑结构，以及使用”.measure”语句从网表中
提取出的，待优化的变量
2. 一份工艺库，如果用户对 DesignEasy 内置的工艺库比较熟悉的话，
也可以不提供工艺库而使用 DesignEasy 内置的工艺库
3. 一份描述参数、约束、优化目标的 spec 文件。
在这次的教程中，我们使用一个简单的 MOS 管共源放大电路作为例子如下
图所示：
其中，𝑉𝑖𝑛包括一个之流偏置 𝑉𝑖𝑛_𝑑𝑐 和一个交流小信号 𝑉𝑖𝑛_𝑎𝑐 。我们固定 𝑉𝑖𝑛_𝑎𝑐 ，
令其为幅度 0.05V，频率 1kHz 的小信号，则在这个电路中，我们能够定义的参数
有：
1. 栅极的直流偏置 𝑉𝑖𝑛_𝑑𝑐
2. MOS 管 M1 的宽 𝑊 和栅长 𝐿
3. 漏极负载电阻 𝑅𝐷
我们希望 MOS 管工作在饱和区，也就是说，我们有两个约束：
𝑉𝑔𝑠 > 𝑉𝑡ℎ
𝑉𝑑𝑠 − 𝑉𝑔𝑠 > 𝑉𝑡ℎ
确定了可以优化的参数以及必须满足的约束之后，我们来确定希望优化的目
标，我们定义功耗与增益：
𝑔𝑎𝑖𝑛 = 𝑝𝑝(𝑉𝑜𝑢𝑡)/𝑝𝑝(𝑉𝑖𝑛)
𝑝𝑜𝑤𝑒𝑟 = (𝑉𝑑𝑑 − 𝑎𝑣𝑔(𝑉𝑜𝑢𝑡))2/𝑅𝑑
其中，pp 代表峰峰值，avg 代表平均值。我们希望增益尽可能大，而功耗尽
可能小，故此，我们将最终的优化目标 (FOM, figure of merit)定义为𝑓𝑜𝑚 =
𝑝𝑜𝑤𝑒𝑟/𝑔𝑎𝑖𝑛。
至此，我们首先明确了要优化的电路，而后确定了待优化的参数，必须满足
的约束，以及最终的 FOM。
我们希望借助 DesignEasy，找到一组参数值，满足 MOS 管在饱和区的约束，
使得 FOM 尽可能小。
网表测试
DesignEasy 后台使用 hspice 进行仿真(也可以由用户指定仿真工具，但本教程
暂时不涉及这方面的介绍)，因此，我们需要提供一份可供 hspice 使用的网表，
因此也需要用户对 hspice 有一定了解。
在这部分，对我们随机指定一组待优化参数，用 hspice 进行测试，此时，测
试目录的结构是这样子的：
其中，”simple_amplifier.sp”是我们的带测试网表，而”035lib”是这次使用的
工衣库，在测试过程中，我们使用”.lib”语句引用这个工艺库，而当用于优化
时，对工艺库路径的说明是放到 spec 文件中的，这在后面会说明。
我们的网表文件如下：
可以看到，网表内容分三部分：
1. 引用工艺库，以及定义参数，这部分只在测试时需要在网表中指
定，实际优化时，我们应该在 spec 文件中指定待优化参数的取值
范围，而不是在网表中指定参数的值，而每次需要仿真时，优化程
序会选出一组参数值，与我们提供的网表拼接起来，进行 hspice 仿
真，同时对工艺库文件的引用，在实际优化时也是在 spec 文件中
指定的，因为用户不知道，也不必知道自己上传的工艺库文件最终
会被放到什么路径，因此用户只需要在 spec 文件中指明相对路径即
可
2. 电路的拓扑结构，即上图网表的中间一部分，这里直接引用了上面
定义的 parameter。
3. 仿真参数与测量语句，这部分也可以定义在 spec 中，但是直接在网
表中指明也可以，而且比较方便。在我们的网表中，我们测量了三
个值：Vout 的直流分量 vout_dc，Vout 的峰峰值 vout_pp，Vin 的峰
峰值 vin_pp，使用这三个测量值，我们可以求出增益以及功耗。
网表写完之后，使用 hspice 进行仿真，测试网表的书写有无错误：
经过测试，网表书写无误，我们开始去写 spec 文件，在其中明确待优化参
数，约束条件以及 FOM。
SPEC 文件书写
Spec 文件的可选内容比较多，详细的介绍可以参考网站上帮助中心的文
档，在这里只介绍几个基本的功能，使用它们即可以完成基本的电路优化工
作。
在这里，我们使用 spec 文件说明了四件事：
1. 待优化参数以及它们的取值范围
2. 使用什么工艺库
3. 待优化的网表是哪一个，从网表中需要提取哪些测量值
4. 约束与 FOM
待优化参数
上图是 spec 文件中的参数段，参数段的格式是 file::parameter is “name”{…};
这样的格式，其中，“name”可以自己定义。我们可以这一段与上一节中网表文件
对比：
可以看到，其内容是一致的，只不过，在 spec 文件中，我们指定的是参数
的范围，于是，优化程序会在我们指定的优化范围中寻找最优的参数组合。参
数也可以定义为常量，如上面参数中的 Vdd 为电源电压，Vth0 为估计的 MOS
管阈值电压(从工艺库中查找得知)。
指定工艺库
上面这一段指定工艺库，针对 typical ， ff ， ss 这三个工艺角，使
用”035lib/sm046005-1j.hspice”这个库文件。也可以为每个工艺角指定单独的工艺
库，但在这里不介绍。
工艺段的语法格式为 file::process is “name”{}；，其中，“name”由自己指定，
这里要注意的是结尾的分号要记得不要忽略。
在 corner 语句中，lib 语句后面跟的是工艺库的相对路径，比如我们的工艺库
是在”035lib”这个文件夹中的，我们最后会需要在网站上上传一份”035lib.tar”的
压缩文件。因而 lib 语句就就以”035lib”开头。这份工艺库最终会被放到后台文件
夹中的某个位置。
指定网表
在这一段中，我们指定网表的名字，同时，指定我们需要获取哪些从网表中
测量的变量，这些变量应该是在网表中由.measure 语句测量，而测量结果会输出
到一个与网表同名，但拓展名为”mt0“的文件中。
上图为我们的 simulation 段，而其中的 netlist 段指明了网表文件名
为”simple_amplifier.sp“，并从中提取三个变量。
指定约束与优化目标
上面是我们在 specification 段中指定约束与优化目标。
这一段的语法格式是 operation::specification is “name”，其中，”name“可以
自己指定。
首先我们定义一些变量，而约束与优化目标都是这些变量的表达式。变量
既可以是从网表中测量得到的测量值，即在前面使用”extract”语句声明的变
量，如下图：
这些变量的引用格式是，circuitname::var_name。
变量还可以是我们在最开始的参数段定义的参数：
这些变量的引用格式是 circuitname::parameter_block_name::var_name。其
中，parameter_block_name 是前面定义的 parameter 段的名字，即 parameter 段
此时将应如此定义 file::parameter is “parameter_block_name”。
定义了这些变量之后，我们来定义我们的约束：
约束使用 constraint 语句定义，而且必须是 var > number 或者 var < number
的格式，其中，”number“为数字常数，而不能是 var1 > var2 或 var1 < var2 这样
的格式，因此，我们先讲需要的约束声明为变量，看上图，constr1 就是 MOS
管的 vgs – vth，而 constr2 就是 vds – vgs – vth，我们希望这两个约束变量都大于
0，保证 MOS 管工作在饱和区。
而后我们定义最终的 FOM：
其中，功耗(power)为电源电压 vdd 乘以 Rd 的直流电流 idc，增益则是输出
与输入峰峰值之比。
最后，使用”fom fom_”语句，指定 fom 是那个变量，注意，这里优化的目
标是使 fom 最小，对于希望越大越好的 fom，可以乘以-1。
网站上传
文件准备
目前，我们已经准备好了所有的文件，等待上传，但是首先要将其转化为合
适的格式，即工艺库与网表是 tar 格式的压缩包，而 spec 为文本文件。
处理前的文件：
在如果可以在命令行(windows 中的 cmd、powershell 或者 linux 中的 terminal)
中执行 tar 命令，可以执行如下命令：
其中，process.tar 就是工艺库的压缩包，netlist.tar 就是网表文件的压缩
包。
如果无法在命令行，例如在 windows 下，可以使用 windows 下的压缩工具
将其压缩为 tar 格式，例如，windows 下，我使用 7-Zip 进行测试：
其他压缩工具，如 winRAR，尚未测试，不知能不能支持 tar 格式。
网站上传
首先登录，进入用户中心，点击”create”按钮：
进入创建 Project 页面，点击”upload”：
填写 project 名与描述
分别选择工艺文件、网表文件、spec 文件：
点击提交：
其中，绿色表示程序正在运行，黑色表示程序运行完毕。
程序运行结果。这一部分还有待完善，暂不详细介绍