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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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5. Simulation des circuits et systèmes en mode mixte
Le challenge en simulation de mode mixte n'est pas de simuler différents types de circuits électroniques mais de combiner différents algorithmes en une structure unifiée et de l'appliquer à l'ensemble du circuit décrit avec des niveaux d'abstraction différents.
La simulation qui repose sur des événements a été développée principalement pour la simulation des circuits numériques alors que la simulation des circuits analogiques est classiquement obtenue par une simulation dirigée par le temps. Un simulateur en mode mixte doit effectuer la résolution du système entier via les méthodes de traitement des équations algébro-différentielles non linéaires en tenant compte des queues d'événements pour les parties numériques.
Trois approches fondamentales son npossibles :
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l'approche « augmentée » dans laquelle un simulateur analogique est utilisé pour simuler des circuits numériques ou un simulateur numérique est utilisé pour les circuits analogiques ;
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l'approche « couplée » dans laquelle on effectue un couplage entre un simulateur analogique et un simulateur numériques en établissant des mécanismes de communication entre les deux simulateurs ;
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l'approche « intégrée » qui présume qu'une paire d'algorithmes intimement liés effectue la simulation globale.
Aux niveaux d'abstraction des modèles vus précédemment, on peut ajouter les niveaux algorithmique et système. le lecteur pourra, pour une information complémentaire, se référer à l'article [E2452].
5.1 Interfaçage entre le numérique et l'analogique : les convertisseurs
Trois composants de base servent à établir cette communication dans les deux sens. La conversion des grandeurs analogiques vers les valeurs logiques s'opère au travers de détecteurs de seuil (figure 28) qui génèrent des événements en réponse à un changement dans leur état interne, après franchissement d'un seuil. Ce sont les convertisseurs A2D (Analog to Digital).
Dans l'autre sens, l'utilisation de sources contrôlées par des événements permet à la partie analogique d'être sensible aux événements générés dans la partie numérique. Ce sont des convertisseurs D2A (Digital to Analog).
Muni de cette...
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Simulation des circuits et systèmes en mode mixte
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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.
-
(3) - McCalla - Fundamentals of Computer-Aided Circuit simulation, - Kluwer academic publishers, 1993 Boston.
-
(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
-
(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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