我们生活在一个模拟世界中，但模拟技术却一直尽可能地被边缘化。在某个节点上，数字技术和模拟技术必然会在每一个电子设备中融合，而长期以来，这正是错误容易悄然出现的一个领域。 

威尔逊研究集团（Wilson Research Group）和西门子电子设计自动化（Siemens EDA）的功能验证研究长期表明，模拟信号和混合信号是导致芯片重新设计的两大主要缺陷根源。最新的调查结果显示，首次流片成功的概率急剧下降，而且这不仅仅体现在最大和最复杂的设计上。但2022年的研究还显示，在门数少于100万的专用集成电路（ASIC）中，有47% 因模拟问题而进行了重新设计。 

验证的各个方面都需要重新审视，以找出可以改进的地方。 

图1：2016年至2022年导致重新设计的缺陷类型

模拟设计和验证的发展速度与数字设计和验证并不相同。模拟设计一直是由专家手动完成的工作，然后移交给系统级集成团队。

西门子电子设计自动化定制集成电路产品营销主管兼高级总监萨蒂什·巴拉苏布拉马尼亚姆（Satish Balasubramanian）表示：“在过去的10年之前，模拟领域和数字领域一直是相当独立的。从那时起，我们开始看到更多的知识产权（IP）复用情况。许多模拟IP被应用于不同的系统级芯片（SoC）中，而且对产品上市时间的要求也变得更加紧迫。” 

在模拟技术方面的投资远低于数字领域。弗劳恩霍夫集成电路研究所（Fraunhofer IIS）自适应系统工程部门高效电子学系主任安迪·海尼格（Andy Heinig）表示：“模拟市场比数字市场小。如果在模拟技术上投入的精力和研发资金与数字技术相同，情况可能会大不相同。如果投入相同的资金，也许模拟技术的发展会更快。” 

变革势在必行。楷登电子（Cadence）系统验证小组的产品营销总监保罗·格雷科夫斯基（Paul Graykowski）表示：“对于当今的设计来说，过去的这种方法已经难以为继。以前截然不同的模拟和数字功能模块如今已经相互交织。我们不能再孤立地设计这些模块，然后把它们扔给别人去操心。如今的模拟模块，比如数字接口模拟电路（例如，带有数字校准环路的模数转换器或带有数字微调逻辑的电压调节器），需要在以数字为中心的验证流程中进行更早且更严格的验证。” 

出于必要，设计正在不断演进。西门子的巴拉苏布拉马尼亚姆表示：“最重要的是，我们开始不仅将模拟IP集成到分立的集成电路中，而且更多地将其嵌入到SoC内部。并且模拟电路也在采用相同的先进工艺节点进行设计。那种只需插入一个黑匣子并认为它就能正常工作的日子已经一去不复返了。我们需要开始驱动和验证整个系统。要让整个团队达成合适的标准并非易事。” 

复杂性

虽然数字器件的数量远远超过模拟器件，但模拟器件有着不同类型的复杂性。弗劳恩霍夫研究所的海尼格表示：“一般来说，模拟信号有更多的状态。它不只是0和1。这使得对某些东西进行标准化变得非常复杂，因为在0和1之间有无数个数值，而且如何对其进行建模非常复杂，并且往往非常依赖具体的应用。” 

数字领域的生产力源于在模拟领域无法实现的抽象化。新思科技（Synopsys）的首席工程师戴夫·克罗瑙尔（Dave Cronauer）表示：“混合信号标准发展滞后源于模拟设计的内在复杂性，这涉及连续信号以及诸如寄生效应、噪声、环境干扰和工艺变化等复杂的物理现象，这些都使建模和验证变得复杂。将模拟与数字验证框架集成需要大量的研发投入，以弥合根本不同的领域之间的差距。” 

虽然数字领域需要进行多种类型的验证，但与模拟领域相比，其验证类型仍然非常有限。海尼格表示：“对于数字领域，你进行一两种类型的仿真就可以满足所有需求。但如果你进行模拟仿真，你会有10种、15种甚至20种不同类型的模拟仿真，例如瞬态分析。所有这些仿真都有其意义，而且都是必要的。但这表明要找到一种适用于所有情况的解决方案并非易事。” 

这导致了不同的验证方法。楷登电子的格雷科夫斯基表示：“许多人认为模拟验证方法落后于数字验证方法。但实际情况是，由于方法和技能的根本差异，不同的方法是出于必要而发展起来的。传统上，模拟验证在很大程度上依赖于通过SPICE级仿真进行的可视化波形检查。相比之下，数字验证采用了围绕硬件描述语言（HDL）和通用验证方法学（UVM）构建的可扩展、可复用和自动化的方法学。”