Simulation des circuits analogiques et mixtes

La fin du XX^e 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. Le début du XXI^e connaît la même tendance avec l’apparition des objets connectés, des applications liées à la mobilité, des systèmes embarqués (notamment dans le secteur de l’automobile), du traitement des données en masse ou des dispositifs médicaux. Pour les concepteurs de circuits, il faut réduire le temps de mise sur le marché tout en satisfaisant à la fois aux demandes 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), Bluetooth, Wi-Fi (Wireless Fidelity)…). Il en résulte une explosion en termes de complexité de fonctionnement et de taille (en nombre de transistors) pour les circuits intégrés. Pour faire face à ces contraintes, on intègre sur une même puce SoC (System on Chip) ou dans un même boîtier SiP (System in Package) : microprocesseurs, mémoires, traitement analogique et numérique du signal, circuits d'interface, système d'exploitation, composants de radiofréquences, etc.

Le temps de mise sur le marché du produit 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, mais aussi de vérification alliant méthodologies, logiciels et matériels appareillés pour respecter au mieux les exigences précédemment citées.

L'un des éléments clés de ces deux flots est le simulateur électrique à niveaux d'abstractions mixtes, signaux mixtes et RF (radiofréquences). Nous le désignerons tout simplement : simulateur AMS/RF pour Analog Mixed Signal/RF. 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'alimentations par exemple) afin de répondre aux nouvelles technologies. En même temps que l'échelle d'abstraction s'étire dans les deux sens, d'autres domaines, autres qu'électriques et thermiques, doivent aussi pouvoir être pris en compte : mécanique, optique, biologie…

L’objectif de cet article est d’une part de présenter l’offre du marché des simulateurs des circuits et de montrer comment celle-ci s’adapte aux enjeux décrits ci-dessus, et d’autre part d'offrir au lecteur les bases nécessaires à la compréhension de leur fonctionnement ainsi que de leur usage.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés.