第八届集创赛杯赛题目——国家集创中心杯

国家集创中心杯

一、杯赛题目:高性能模拟前端芯片与系统设计

二、参赛组别:A组、B

三、赛题背景:

随着产业数字化、智能化的发展,高性能的各类传感器得到越来越广泛的应用。与之对应的高性能模拟前端AFE(Analog Front End)芯片与系统设计需求也随之迸发。AFE指集成了模数转换器放大器、基准源、激励电路、数据处理电路等的模数混合芯片系统,可以广泛应用于各类高精度测量领域,相对于单独的模数转换器AFE的集成度更高、功能更强大、应用性更高。

AFE 示意框图

四、赛题任务:

自选一款传感器,使用国产华大九天混合信号全流程EDA工具(向参赛选手提供下载和技术支持)或其他工具(其他工具需参赛选手自备),设计一款用于传感器测量的高性能模拟前端AFE芯片与系统设计,必须包含ADC模块前置可变增益放大器(PGA)也可包含电压基准源、LDO、数据处理(校准、滤波等)、时钟电路(时钟振荡电路或锁相环电路)中的一项及以上,实现对传感器信号的高精度数字化测量。该电路可满足一种或多种测量场景应用(如温度测量,压力测量,声音测量、光学测量、磁场测量、心电图测量和脑电图测量等)。鼓励展开工艺、器件、电路、算法、系统、应用等方面的综合式创新。

五、设计指标:

1. 工作温度:-40℃~+105

2. 工作电压:标准条件下1.8V

3. ADC分辨率:24bit;输出速率:5 SPS~2MSPS

4. PGA调节范围:至少包含4档位,如X1X2X4X16等,档位选择须有依据。

5. 输入失调电压:±30uV

6. 差模输入范围:±1V

7. 共模输入:Vdd/2

8. SNR > 96dB

9. 功耗:FoM尽量小。FoM=Power/(fs*2^ENOB)

10. 工艺:0.18um/ 0.13um。可采用自有PDK,若无法获取,主办方可提供华大九天公版PDK

注:ADCPGA电路设计为必须内容,其中数字部分做到RTL即可。

六、附加题或进阶指标:

1. 版图及后仿真覆盖

完成芯片所有模拟部分的版图、DRC/LVS验证、版图设计报告。

完成模拟部分为后仿真、数字部分为Verilog RTL代码的混合仿真(极限PVT,至少覆盖3种情况)。

2. 传感器选型及建模

针对所设计的AFE 芯片系统进行传感器选型,并采用Verilog A 等方法进行传感器建模,鼓励自主设计传感器。

3. 系统方案设计

根据传感器选型及电路设计方案,遵循MVP(“Minimum Viable Product”,即“最小可行性产品”)的设计原则设计传感器测试系统原型。鼓励对芯片系统原型选用现有芯片成品(可外购)进行系统性能测试和功能演示。

七、阶段提交内容及说明:

1. 技术资源申请和发放

成功报7名后可填写申请文档,获取华大九天EDA工具和华大九天公版PDK,申请方法将在本杯赛钉钉群内另行公布。

2. 中期汇报

中期报告,包括团队介绍、芯片系统方案规划、项目规划(时间、分工等)方案的文字说明。

3. 初赛阶段

(1) 设计报告:系统架构(框图)分析、关键技术原理分析(word文档+pdf报告)。

(2) 仿真报告:模型仿真报告+电路仿真报告(word文档+pdf报告)。

(3) 建模数据包:建模原始文件(zip 数据包)。

(4) 电路数据包:电路库、仿真库(zip 数据包)。

初赛阶段评分指标(总分100分):

大项

内容

分值

评分要求

性能指标

1.电路指标

50分

1. 满足工作模式下AFE前仿真指标。

a. Low Power档位,PVT性能指标达标(25分);

b. High Speed档位,PVT性能指标达标(25分);

c. 若整体性能未达标,可以分析未达标原因,以及模块级指标的达标情况和对整体指标的贡献。可通过模块级仿真和原因分析,获得部分分数。

2.系统建模

15分

1. 理想模型(5分)。

2. 非理想模型,需要得到对实际电路指标的指导(10分)。

优化指标

创新及架构能力

20分

1. 创新性:系统架构、电路结构、传感器模型是否创新;局部指标是否有领先性(15分)。

2. 功耗:满足技术指标下,功耗越小越好(5分)。

文档质量

1.设计仿真报告

15分

1. 设计方案原理分析合理、逻辑清晰(5分)。

2. 仿真验证报告内容详细充分(10分)。

附加分:

(1) 采用华大九天EDA工具进行系统建模,理想模型+2分,非理想模型(两个及以上非理想因素)+3分。

(2) 采用华大九天EDA工具进行模数混合集成电路设计+前仿2分,版图设计+后仿3分(数字部分可仅使用verilog代码参与仿真,无需生成数字版图)。



4. 分赛区决赛提交内容

(1) 答辩PPT:系统架构介绍、传感器介绍、关键技术介绍、建模结果、电路设计及版图、仿真方案及结果。

(2) 设计报告:系统结构分析、关键技术原理分析、电路设计及版图说明(word文档+pdf报告)。

(3) 仿真报告:模型仿真报告+电路仿真报告+非理想因素仿真分析(word文档+pdf报告)。

(4) 建模数据包:建模原始文件(zip 数据包)。

(5) 电路数据包:电路库、版图库、仿真库zip 数据包)。

(6) 传感器数据包:传感器设计说明(可选)、仿真及模型库zip 数据包)。

分赛区决赛阶段评分指标(总分100分):

大项

内容

分值

评分要求

性能指标

1.电路指标

30分

1. 满足工作模式下AFE前仿真指标。 (5分)

2. 满足工作模式下AFE后仿真指标。 (10分)

3. 考虑非理想因素等,进行AFE   Monte Carlo/Corner等仿真分析。(15分)

4. 若相应性能未达标,可以分析未达标原因,以及模块级指标的达标情况和对整体指标的贡献。可通过模块级仿真和原因分析,获得部分分数。

2.系统仿真

15分

1. 考虑传感器模型、AFE 后端处理特性。(5分)

2. 非理想模型,需要得到对实际电路指标的指导。(5分)

3. 模型与电路进行联合仿真、调试,对真实世界传感量实用性分析仿真。(5分)

优化指标

创新性、系统性、实用性

40分

1. 创新性:系统架构、电路结构、传感器是否创新;(20分)

2.局部指标是否有领先性。(5分)

3. 实用性:指标定义是否有应用背景、系统分析、成本分析、能否言之有理。(10分)

4. 精度功耗:满足技术指标下,精度越高越好,功耗越小越好。(5分)

文档质量

1.设计仿真报告

15分

1. 设计方案原理分析合理、逻辑清晰。(5分)

2. 仿真验证报告内容详细充分。(10分)

附加分:

(1) 采用华大九天EDA工具进行系统建模,理想模型+2分,非理想模型(两个及以上非理想因素)+3分。

(2) 采用华大九天EDA工具进行模数混合集成电路设计+前仿2分,版图设计+后仿3分(数字部分可仅使用verilog代码参与仿真,无需生成数字版图)。


5. 总决赛提交内容(答辩部分)

(1) 答辩PPT:系统架构介绍、传感器介绍、关键技术介绍、建模结果、电路设计及版图、仿真方案及结果。

(2) 设计报告:系统结构分析、关键技术原理分析、电路设计及版图说明。(word文档+pdf报告)

(3) 仿真报告:模型仿真报告+电路仿真报告+非理想因素仿真分析。(word文档+pdf报告)

(4) 建模数据包:建模原始文件。(zip 数据包)

(5) 电路数据包:电路库、版图库、仿真库。zip 数据包)

(6) 传感器数据包:传感器设计说明(可选)、仿真及模型库。zip 数据包)

(7) 系统原型:系统设计报告、实物照片、展示视频。(zip 数据包)

全国决赛阶段评分指标(总分100分):

大项

内容

分值

评分要求

性能指标

1.电路指标

15分

1. 满足工作模式下AFE前仿真指标。 (5分)

2. 满足工作模式下AFE后仿真指标。 (5分)

3. 考虑非理想因素等,进行AFE Monte Carlo/Corner等仿真分析。(5分)

4. 若相应性能未达标,可以分析未达标原因,以及模块级指标的达标情况和对整体指标的贡献。可通过模块级仿真和原因分析,获得部分分数。

2.系统仿真

10分

1. 考虑传感器模型、AFE 后端处理特性。(5分)

2. 模型与电路进行联合仿真、调试,对真实世界传感量实用性分析仿真。(5分)

优化指标

创新性、系统性、实用性

40分

1. 创新性:系统架构、电路结构、传感器是否创新;(20分)

2. 局部指标是否有领先性。(5分)

3. 实用性:指标定义是否有应用背景、系统分析、成本分析、能否言之有理。(10分)

4. 精度功耗:满足技术指标下,精度越高越好,功耗越小越好。(5分)

文档与现场答辩

1.设计仿真报告

5分

1. 设计方案原理分析合理、逻辑清晰。(5分)

2. 仿真验证报告内容详细充分。(10分)

2.现场答辩

15分

1. 答辩表现。(5分)

2. 回答问题表现。(10分)

3. 现场演示

15分

1. 主要功能是否完整(8分)

2. 交互效果(5分)

3. 讲解说明效果。(2分)

附加分:

(1) 采用华大九天EDA工具进行系统建模,理想模型+2分,非理想模型(两个及以上非理想因素)+3分。

(2) 采用华大九天EDA工具进行模数混合集成电路设计+前仿2分,版图设计+后仿3分(数字部分可仅使用verilog代码参与仿真,无需生成数字版图)。



6. 其他说明

PVT Corner 说明

FAST   T=105°C、Process=FF、VDD= Vdd*1.1;

SLOW T=-40°C、Process=SS、VDD= Vdd*0.9;

Typical T=27°C、Process=TT、VDD= Vdd*1.0。

鼓励从实际应用性能出发,增加corner 和蒙特卡洛仿真。

八、参考资料:

1. CMOS Cascade Sigma-Delta Modulators for Sensors and Telecom Error Analysis and Practical Design,R.del Rio, F.medeiro,B. Peres-Verdu, J.M.de la Rosa

2. Understanding Delta-Sigma DATA Converters,Shanti Pavan, Richard Scheier, Gabor C.Temes

3. 传感器原理(第四版)姚恩涛等

4. 微传感器与接口集成电路设计/王高峰,程瑜华,吴丽翔等 著

九、参赛说明

1. 参加企业命题杯赛的作品,杯赛出题企业有权在同等条件下优先购买参加本企业杯赛及单项奖获奖团队作品的知识产权。

2. 参加企业命题杯赛的作品中所涉及外部知识产权来源,由参赛团队负责其法律风险,包括但不限于工具软件、PDK、代码、集成电路IP等。

3. 大赛组委会和杯赛企业对参赛作品的提交材料拥有使用权和展示权。

4. 参赛项目可以参考现有公开发表的文献和论文内容,但应当在技术论文和答辩PPT中注明来源,且不能将参考的内容作为自己作品的创新部分。

(请参赛团队务必添加报名杯赛的答疑钉钉群中,以便及时获取杯赛最新通知及进展,群号码及入群方式:点击查看


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