Post on 09-Jul-2020
Università degli Studi di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica
EOLAB - Laboratorio di Microelettronica e Bioingegneria
Laboratorio di Progettazione Microelettronica
Simulazioni Monte Carlo in ambiente ADE XL
ANALISI MONTE-CARLO IN AMBIENTE CADENCE ADE XL
Le analisi Monte-Carlo sono delle analisi di tipo statistico che consentono di valutare la robustezza di un progetto
alle variazioni dei parametri di processo che si verificano in fase di realizzazione del dispositivo. Come esempio
vedremo come un’analisi Monte-Carlo permetta di ricavare la tensione di offset di un OTA. Per farlo realizzeremo
un OTA ed effettueremo una simulazione ad anello aperto in “DC” con un ingresso dell’amplificatore alla tensione
di VDD/2 e l’altro variabile nell’intero range di tensioni 0:VDD. In questo modo andando a visualizzare l’uscita
potremmo valutare la tensione di ingresso per cui la tensione di uscita commuta da 0 a VDD che risulta essere pari
alla tensione di offset + VDD/2. Per prima cosa dunque disegneremo lo schematico di un OTA e lo progetteremo
per avere un GBW = 10 MHz con un carico di 3 pF ed una corrente di polarizzazione di 20 uA (considerare uCoxP =
32 uA/V^2).
Figura 1 : Schematico dell’ampificatore a trasconduttanza (OTA)
Una volta dimensionato e creato il simbolo si procede con l’impostazione del testbench descritto precedentemente
come mostrato nella seguente Figura.
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Entrambi i generatori di tensione “INN” e “INP” sono settati al valore costante di VDD/2 (1.65 V). Successivamente
in fase di settaggio della simulazione il generatore “INP” verrà fatto variare tra 0 e VDD.
A questo punto apriamo l’ambiente di simulazione “ADE L” e impostiamo l’analisi in “dc” come mostrato in Figura.
Per fare in modo che il generatore “INP” vari selezioniamo all’interno della scheda “Sweep Variable” l’opzione
“Component Parameter” come mostrato
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Adesso è necessario indicare quale sia il componente su cui si vuole effettuare una variazione tramite il bottone
“Select Component”. Una volta cliccato si verrà rimandati allo schematico dove si dovrà selezione il generatore di
tensione cliccandoci sopra. Apparirà la seguente finestra
nella quale si dovrà indicare il parametro del generatore da far variare, nel nostro caso la vdc. Una volta cliccato
“OK” si ritornerà nelle impostazioni della simulazione e si dovrà indicare il range di variazione del parametro scelto
nel nostro caso 0 - 3.3 V come mostrato sotto.
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La Figura mostra il risultato della simulazione impostata precedentemente. Si può notare che la tensione di uscita
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commuta all’incirca quando la tensione di ingresso “INP” è pari a 1.65 V. Per valutare con precisione la tensione di
ingresso per cui l’uscita commuta facciamo ricorso al calcolatore. Per farlo facciamo click col tasto destro sulla
curva e scegliamo dal menu che appare la voce send->to calculator e apparirà la finestra sottostante.
Tra le funzioni presenti in basso nel calcolatore scegliamo la funzione “cross” e impostiamo i vari parametri in modo
da avere la soglia del crossing pari a 1.65.
Una volta terminato clicchiamo su “Apply” è l’espressione corrispondente verrà mostrata nel calcolatore. A questo
punto cliccando sul bottone l’espressione verrà esportata nell’ambiente di simulazione e lanciando
nuovamente la simulazione otterremo il valore della tensione di ingresso per cui la tensione di uscita commuta da
basso a alto, nel caso in esame pari a 1.665.
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Abbiamo già detto che la tensione di offset è pari alla differenza tra la tensione per cui l’uscita commuta e 1.65 V,
dunque nel nostro caso la tensione di offset dell’amplificatore progettato è pari a 15 mV. Al fine di calcolare poi la
variazione statistica della tensione di offset definiamo una nuova uscita di nome VOS pari alla differenza tra il valore
restituito dal cross e 1.65.
Vediamo ora come effettuare l’analisi Monte-Carlo. Per prima cosa è necessario lanciare un altro ambiente di
simulazione: Launch -> ADE XL.
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Nella finestra che comparirà scegliere l’opzione “Create New View” e nella successiva schermata premero “OK”.
A questo punto apparirà la finestra principale dell’ambiente di simulazione ADE XL
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Per impostare una analisi Monte-Carlo si deve dapprima procedere alla definizione di un nuovo “Corner” per la
simulazione. Per farlo cliccare sul “+” affianco alla scritta “Corners” nella parte sinistra della finestra. Una volta
fatto schiacciare sulla voce “Click to add corner” e comparirà la seguente finestra
Definiamo i modelli di simulazione cliccando sulla scritta “Click to add” sotto la voce “Model Files”. Apparirà la
seguente finestra
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Schiacciare su “Import from Tests” e i modelli appariranno nella finestra.
Infine clicchiamo “OK” e torneremo alla pagina di impostazione dei corner.
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Cliccando sul bottone “Add New corner” indicato nella figura potremmo poi procedere alla definizione della
sezione dei modelli da utilizzare. Infatti all’interno dei file dei modelli sono presenti varie sezioni, ognuna delle
quali è caratterizzata da un diverso set di parametri. Quella usata sinora è stata la sezione identificata come “Typical
Mean” ora dovremmo invece utilizzare la sezione “Monte Carlo” che viene indicata con le lettere “mc”.
La Figura mostra il risultato finale del processo di definizione del nuovo corner. E’ importante che all’interno della
sezione “Model Files” siano spuntati tutti i modelli dei dispositivi utilizzati (nel caso in esame sono spuntati i modelli
di transitor, resistori e capacitori) e anche il file processOption che definisce alcuni parametri di processo. Inoltre
come si può vedere per ogni file di modello dei vari dispositivi si è indicata come sezione da utilizzare quella il cui
nome termina con la sigla “mc” che identifica la sezione in cui sono definiti i paramteri Monte-Carlo. A questo
punto schiacciando OK si ritornerà alla schermata precedente. Ora dal menu indicato nella Figura sottostante
selezionare l’impostazione “Monte Carlo Sampling”. Per definire il numero di punti su cui effettuare l’analisi cliccare
sul bottone e impostare 50 punti.
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Una volta cliccato OK l’analisi Monte Carlo è impostata e potrà essere lanciato con il bottone .
Una volta terminata l’analisi si potranno vedere nella schermata dei risultati alcuni valori significativi come il valore
minimo, massimo, medio e la deviazione standard dei parametri sotto analisi, come mostrato nella Figura
sottostante.
Inoltre cliccando sul bottone e inoltre possibile visualizzare in forma grafica i risultati ad esempio mediante
un istogramma.
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