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RÉSUMÉ
Les circuits analogiques sont devenus des systèmes complexes dont la validation s’avère de plus en plus critique. Pour réduire au maximum les risques encourus, des méthodologies très élaborées sont mises en œuvre. Au cœur de cette validation, et malgré l’existence d’outils très diversifiés, la simulation tient une place importante. Le simulateur est ainsi devenu une pièce maîtresse dans le flot de conception, et dans celui de la vérification. Son choix, qui dépend bien sûr de son utilisation finale, doit se baser sur de nombreux critères, entre autres, la vitesse, la capacité, la précision et les supports des langages HDL et HVL.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Joël Besnard : Ingénieur R&D chef du projet ELDO Mentor Graphics
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Pascal Bolcato : Ingénieur R&D chef du projet ELDO-RF Mentor Graphics
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Dézai Glao : Ingénieur R&D ELDO Mentor Graphics
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Hervé GuÉgan : Directeur technique division AMS Mentor Graphics
INTRODUCTION
La fin du xxe siècle a connu une évolution considérable des technologies de fabrication des circuits intégrés due principalement à la pression du marché des circuits électroniques de communication. Pour les concepteurs de circuits, il faut réduire le temps de mise sur le marché (time to market) tout en satisfaisant aux demandes à la fois de performances accrues (consommation, poids, tailles et coûts réduits). À ces contraintes liées à l'utilisateur final s'ajoutent les problèmes de sécurité (aviation, automobile), de connectivité et d'adaptation à des standards de plus en plus nombreux (WLAN (Wireless Local Area Network), PDA (Personnal Digital Assistant), Bluetooth, WIFI (Wireless Fidelity)...). Il en résulte une explosion en termes de complexité de fonctionnement et en termes de taille (en nombre de transistors) pour les circuits intégrés conçus. Pour faire face à ces contraintes, on intègre sur une même puce SoC (System on Chip) microprocesseurs, traitement analogique et numérique du signal, circuits d'interface, système d'exploitation, composants de radiofréquence, etc.
Le temps d'arrivée du produit sur le marché étant un facteur crucial de réussite, ces systèmes de grande complexité doivent être conçus, vérifiés et validés de manière sûre. Les coûts de fabrication étant très élevés, les tentatives multiples ne sauraient être tolérées.
Les acteurs du marché de l'EDA (Electronic Design Automation) fournissent aux fabricants de circuits intégrés des flots de conception et de vérification alliant méthodologies, logiciels et matériels appareillés pour respecter au mieux les exigences ci-dessus.
L'un des éléments clés de ces deux flots est le simulateur électrique à niveaux d'abstractions mixtes, signaux mixtes et RF (radiofréquence). Nous le noterons simulateur AMS/RF pour (Analog Mixed Signal/RF) tout simplement. Il devra être capable à la fois de supporter des niveaux d'abstraction de plus en plus élevés (les choix de technologies étant reportés le plus tard possible) et de prendre en compte des détails électriques de plus en plus fins (connexions d'alimentation par exemple) à cause des nouvelles technologies. En même temps que l'échelle d'abstraction s'étire dans les deux sens, d'autres domaines, autres qu'électriques, doivent aussi pouvoir être pris en compte.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1982 par
- Version archivée 2 de mars 1993 par René FRANÇOIS
- Version courante de févr. 2018 par Joël BESNARD, Pascal BOLCATO, Dézaï GLAO
DOI (Digital Object Identifier)
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Simulation des circuits en radiofréquenceArticle inclus dans l'offre
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2. Simulation analogique
2.1 Principes généraux, terminologie
La caractérisation et la conception de fonctions de base de l'électronique analogique sont les principales tâches dévolues au simulateur analogique. Le niveau de précision demandé est élevé.
La figure 3 représente un amplificateur basse fréquence. Le concepteur pourra, après avoir vérifié par simulation que le fonctionnement correspond à ses calculs, utiliser à nouveau le simulateur pour optimiser le gain, la linéarité ou la puissance en fonction des spécifications.
L'objectif du présent paragraphe est d'exposer les algorithmes et méthodes numériques devant permettre d'accomplir les tâches demandées.
Les algorithmes et méthodes numériques utilisés dans les simulateurs de circuits, peuvent être classés en deux catégories : les méthodes dites « traditionnelles », issues du standard en matière de simulation analogique, SPICE, d'une part et les autres méthodes, qualifiées de « non traditionnelles », dont l'objectif est de mieux coller à la taille et à la complexité des circuits actuels. Dans cette catégorie apparaissent les simulateurs dits « SPICE-rapides » que nous avons introduits dans le paragraphe 1.4.2.
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Lorsque dans un système électrique apparaissent des composants numériques, leur description ne peut être raisonnablement faite par une représentation interne détaillée à la manière des circuits analogiques. On utilise alors une représentation fonctionnelle et un mode de simulation dirigée par événements (par opposition à la méthode de simulation des circuits analogiques qui, elle, est dirigée par le temps). L'utilisation combinée des deux types d'algorithmes dans la même session de simulation est connue sous le terme de « simulation en mode mixte ».
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Les routines d'analyse d'un programme de simulation déterminent la solution numérique...
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Simulation analogique
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - C.W. Ho, A.E. Ruehli, F. A. Brennn - The Modified Nodal Approach to Network Analysis - IEEE Trans. Circuits syst, vol CAS-22 June 1975.
-
(2) - J. Vlach, K. Singhal - Computer Methods For Circuits Analysis And Design. - Van Nostrand Reinhold 1983.
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(3) - McCalla - Fundamentals of Computer-Aided Circuit simulation, - Kluwer academic publishers, 1993 Boston.
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(4) - L.W. Nagel - SPICE2 : A computer program to simulate semiconductor circuits - Research Labolatory, College of engineering University of california. May 1975.
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(5) - R.D. Berry - Ak Optimal Ordering of ElectronicCircuit Equations for a sparse Matrix Solution. - I IEEE Trans. Circuit theory CT-18 January 1971, pp 139-146
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(6) - K. Brennan, S. Campbell, L. Petzold - The Numerical Solution of Initial Value Problems in Ordinary Differential-Algebraic Equations, - 2nd...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Constructeurs – Fournisseurs
Mentor Graphics (Eldo, Eldo-RF, ADiT, ADVance-MS, HyperLynx) http://www.mentor.com
Agilent (ADS ) http://www.agilent.com
Cadence (Spectre, Spectre-RF, Ultrasim, AMS Designer, Zuken, Pspice) http://www.cadence.com
Synopsys (Hspice, Hsim/XA, AMS Discovery) http://www.synopsys.com
Ansoft http://www.ansoft.com
Organismes – Fédérations
Organismes, comités œuvrant pour la standardisation :
IEEE : Promotion de la connaissance dans le domaine de l'ingénierie électrique. – http://www.ieee.org
ACCELERA : Standardisation des langages HDL (verilog, vhdl). – http://www.accellera.org
CMC. Standardisation et promotion de l'utilisation et de l'implémentation des modèles « compacts » de composants. – http://www.geia.org
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