Nutzen Sie MATLAB und Simulink für verhaltensbasierte Modellierung, schnelle Entwurfsuntersuchung, Analysen vor Beginn des Entwurfs sowie die Verifikation von Mixed-Signal-Systemen.
Um mit dem Entwurf von integrierten Mixed-Signal-Schaltkreisen (ICs) zu beginnen, können Sie Mixed-Signal Blockset-Modelle von PLLs und ADCs verwenden. Die Bausteine werden mithilfe der Spezifikationen aus Datenblättern charakterisiert und beinhalten auch analoge Störungen. Mithilfe der integrierten Analysetools und Messprüfstände können Sie den Verifikationsaufwand reduzieren.
Für den Entwurf und die Analyse von Hochgeschwindigkeitsverbindungen wie PCI Express®, USB, DDR und Ethernet können Sie die SerDes Toolbox verwenden, um ein Kanalentzerrungsschema zu erstellen und zu bewerten und automatisch IBIS-AMI-Modelle für die Kanalsimulation zu generieren.
Mit MATLAB und Simulink ist Folgendes möglich:
- Erstellung von Verhaltensmodellen für PLLs, DACs, ADCs, SerDes, SMPS und weitere Mixed-Signal-Systeme
- Bewertung von analog-digitalen Entwurfsalternativen nach einer Top-down-Methode
- Verknüpfung von Modellen auf Systemebene mit EDA-Tools durch Co-Simulation oder durch Erstellung von SystemVerilog-Modulen und IBIS-AMI-Modellen
- Verifikation von Designs einschließlich analoger/digitaler Hardware und Steuerungslogik vor der Herstellung von Testchips
„Simulationen auf Schaltkreisebene dauerten drei Tage. Mit MATLAB und Simulink konnten wir die Simulationszeit auf nur eine Minute verkürzen.“
Verwendung von MATLAB für die Entwicklung von Mixed-Signal-Systemen
Mixed-Signal-Analyse
Auf höchster Abstraktionsebene können Sie mithilfe von MATLAB die grundlegenden Systemarchitekturen analysieren, zum Beispiel für folgende Fragen: Was ist besser – ein Sigma-Delta-Modulator zweiter oder dritter Ordnung? Welche Art von PLL ist die beste? Was sagen die Bode-Diagramme über die Systemstabilität aus?
Erkunden Sie mithilfe der Analysetools in MATLAB und Simulink den Entwurfsraum und finden Sie den besten Ausgangspunkt für Ihren Entwurf. Beispielsweise nutzt das Mixed-Signal Blockset die Funktionen von MATLAB zur statischen Analyse von PLLs im geschlossenen und offenen Regelkreis und zum schnellen Entwurf von Schleifenfiltern.
MATLAB bietet einen größeren Funktionsumfang für Analysen und Visualisierungen als Tabellenkalkulationen oder herkömmliche Programmiersprachen wie C/C++. Natürlich müssen Sie deshalb nicht Ihre vorhandenen Investitionen aufgeben – MATLAB ist mit Microsoft® Excel® und C/C++ kompatibel.
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Top-down-Methode für Mixed-Signal
Simulieren Sie analoge Schaltkreise mit eingebetteten Signalverarbeitungs- und Regelungsalgorithmen. Verwenden Sie die im Mixed-Signal Blockset bereitgestellten Verhaltensmodelle und Messprüfstände für den Entwurf und die Analyse von Analog-/Mixed-Signal-Systemen.
Eine präzise Modellierung und schnelle Simulation auf Systemebene sind entscheidend für die Verifikation dieser Analog-/Mixed-Signal-Entwürfe vor der Produktion. Die MATLAB- und Simulink-Produkte ermöglichen Ihnen die Durchführung dieser Aufgaben, die Analogelektronik mithilfe zeitkontinuierlicher Signale auf der Abstraktionsebene der Transferfunktion beschreiben. Oder Sie können mit Simscape Electrical Spannungen und Stromstärken sowie Komponenten wie RLC-Elementen, OP-Verstärkern und Schaltern modellieren.
Sie können Digitalelektronik auf algorithmischer Ebene mithilfe von Gleitkomma-Genauigkeit beschreiben oder bitgenaue Simulationen mit Festkomma-Datentypen beliebiger Länge durchführen, einschließlich Quantisierungs- und Sättigungseffekte. Generieren Sie abschließend synthetisierbaren HDL-Code speziell für FPGA- und ASIC-Entwürfe.
MathWorks bietet Ihnen gemeinsam mit Cadence® diverse unterstützende Funktionen. Zusammen können Sie einen Entwurf aus Simulink-Modellen mit HDL im Xcelium™-Simulator und in Spectre® AMS Designer (analog) modellierte Schaltkreise zusammen mit Spectre AMS Connector (Mixed-Signal) co-simulieren. Außerdem können Sie das Verhalten von Simulink-Subsystemen in den Workflow von Cadence SystemVerilog integrieren. Darüber hinaus können Sie mithilfe der MATLAB-Integrationsoption von Cadence Virtuoso ADE Datenbanken von Transienten-, Wechselstrom- und Gleichstromsimulationen auf Schaltkreisebene in die Mixed-Signal Analyzer App importieren, um Trends in Mixed-Signal-Daten zu visualisieren, zu analysieren und zu identifizieren.
Mixed-Signal-Verifikation
Modelle auf Systemebene müssen mit den nächsten Schritten des Entwurfsablaufs verknüpft werden. Sie haben verschiedene Möglichkeiten, Ihre MATLAB- und Simulink-Modelle als Test-Werkzeuge für SPICE-Modelle, HDL-Code oder Hardware zu nutzen.
Die Co-Simulation ist eine Laufzeitverknüpfung zwischen verschiedenen Tools. Bei jedem Zeitschritt der Simulation werden Daten zwischen Tools ausgetauscht, sodass sie gemeinsam für die Simulation eines Modells ausgeführt werden können. Im analogen Bereich bietet Cadence® Spectre® AMS Designer Co-Simulationsverknüpfungen zu Simulink. Im digitalen Bereich bietet HDL Verifier Verknüpfungen zu HDML-Simulatoren von Drittanbietern und Entwicklungsplatinen für FPGA-in-the-Loop-Tests.
Für Regressionstests und die Wiederverwendung in funktionalen Verifikationsumgebungen können Sie MATLAB-Algorithmen und Simulink-Modelle als SystemVerilog-Module exportieren. Dabei profitieren Sie mit dem ASIC Testbench for HDL Verifier-Add-on von der DPI-C-Schnittstelle.
Sie können die Ergebnisse der IC-Simulation mit MATLAB vergleichen, um Daten effektiver zu visualisieren und Verhaltensmodelle mithilfe von Optimierungs-, Machine-Learning- oder Deep-Learning-Techniken weiter zu verfeinern.
Gerätetests sind die finale Phase der Mixed-Signal-Verifikation. In dieser Phase lassen sich MATLAB und Simulink in eine Reihe von Testanlagen integrieren. So können Sie Testsysteme aufbauen, die Testvektoren mithilfe von Modellen erstellen, die Testanlage steuern und die Ergebnisse analysieren.
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Phasenregelschleifen (PLL)
Modelle auf Transistorebene sind genau, beim Entwurf von Phasenregelschleifen (PLL) aber auch extrem langsam. Die Feedback-Schleife erfordert häufig lange Simulationen, um die Sperrzeit zu erfassen, sowie kleine Zeitschritte bei der Simulation, um die Auswirkungen des Phasenrauschens genau vorherzusagen. Simulink und das Mixed-Signal Blockset nutzen einen Solver mit variabler Schrittweite, der eine sehr schnelle PLL-Simulation ermöglicht, die kein Überabtasten erfordert.
Aufgrund seiner Geschichte mit Reglerentwürfen verfügt Simulink über eine Simulations-Engine, die Systeme mit Feedback-Schleifen äußerst effizient simulieren kann. Die Kombination aus verhaltensbezogener Modellierung und einem schnelleren Simulationsansatz ermöglicht Ingenieuren eine Verkürzung der Simulationszeiten für PLL-Entwürfe von Tagen auf Stunden oder Minuten.
Datenwandler (ADC/DAC)
Die Fähigkeit, zeitkontinuierliche und zeitdiskrete Signale schnell zu simulieren, ist entscheidend für den Entwurf und die Verifikation von Analog-Digital-Wandlern (ADCs). Da Simulink die Modellierung analoger und digitaler Hardware in derselben Umgebung erlaubt, können Sie einen ADC in einem Bruchteil der Zeit entwerfen, die SPICE-Tools benötigen würden.
Schnelle ADC-Entwürfe mit Simulink ermöglichen schnellere Parameterdurchläufe, sodass Ingenieure in kürzerer Zeit eine detaillierte Verifikation durchführen können. Mithilfe der Prüfstände des Mixed-Signal Blockset können Sie die integrale und differenzielle Nichtlinearität und das Rauschverhalten schnell beurteilen.
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SerDes- und Hochgeschwindigkeitsverbindungen
Die Signalintegritätsanalyse und Simulation von seriellen SerDes- und parallelen DDR-Entzerrungssystemen, die mit hohen Datenraten betrieben werden, kann Simulationen wesentlich verlangsamen. Dies bringt die Durchlaufzeiten von Projekten in Gefahr und schränkt den Umfang der Entwurfserkundung ein.
Mithilfe der SerDes Designer-App können Sie beliebige Hochgeschwindigkeits-Kanalentzerrungsschemata unter Verwendung von PAM4-Signalen innerhalb weniger Minuten analysieren, einschließlich verschiedener Architekturen für Präemphase und Entzerrung. Über die App können Sie automatisch Simulink-Modelle generieren, um die adaptiven Entzerrungsalgorithmen weiter zu verfeinern, oder mit Ihrem eigenen Modell beginnen und Ihre eigenen Algorithmen hinzufügen. Sie können mit der SerDes Toolbox automatisch duale IBIS-AMI-Modelle generieren und sie zur Systemintegration und individuellen Kanalverifikation in die Signal Integrity Toolbox exportieren.
Weitere Informationen
- SerDes-Entwurf und -Verifikation für PAM3- und PAM4-Hochgeschwindigkeits-Digitalverbindungen (20:29)
- Modellierung von SerDes CTLE mit Übertragungsfunktionsdaten (8:15)
- IBIS-AMI-Modellierungs- und Korrelationsmethodik für ADC-basierten SerDes bei über 100 Gb/s
- „Linksrutsch“ bei der Validierung: So wird eine frühe SerDes-Mixed-Signal-Validierung möglich
Digitale Vorverzerrung (DPD) von HF-Leistungsverstärkern
Die digitale Vorverzerrung ist in der Theorie einfach, in der Praxis jedoch schwierig. MATLAB bietet eine vereinheitlichende Umgebung für die Steuerung von Testanlagen, die Analyse komplexer Daten und die Erstellung von Algorithmen für DSPs oder FPGAs mit einem tiefgreifenden Verständnis der Auswirkungen von HF-Leistungsverstärkern (PA).
In MATLAB können Sie ganz einfach ein PA-Modell auf Basis modifizierter Volterra-Reihen erstellen, einschließlich Memory-Effekte und Nichtlinearität, und dieses mithilfe von RF Blockset Circuit Envelope simulieren. Die Simulation des HF-Leistungsverstärkers im geschlossenen Regelkreis mit Ihrem eigenen DPD-Algorithmus ermöglicht es Ihnen, Timing, Quantisierung und zusätzliche HF-Effekte abzuschätzen, bevor Sie sich ins Labor begeben.
Weitere Informationen
- Linearisierung zukünftiger hocheffizienter HF-Leistungsverstärker (5 videos)
- Charakterisierung von Leistungsverstärkern mit DPD für reduzierte Signalverzerrung
- Modellierung von HF-Leistungsverstärken und Erhöhung der Linearität von drahtlosen Sendern mit DPD mithilfe von MATLAB (25:11)
- Modellieren von HF-Leistungsverstärkern und Erhöhen der Senderlinearität mit DPD mithilfe von MATLAB
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