MATLAB et Simulink pour les systèmes à signaux mixtes

Analysez, concevez et vérifiez des systèmes analogiques à signaux mixtes

Utilisez MATLAB® et Simulink® pour la modélisation comportementale, l'exploration rapide du design, l'analyse en phase pré-design, et la vérification de systèmes à signaux mixtes.

Pour démarrer avec le design de circuits intégrés à signaux mixtes (IC), vous pouvez utiliser les modèles de PLL et d'ADC inclus dans Mixed-Signal Blockset™. Les blocs de base sont caractérisés suivant les informations présentes dans les fiches de spécifications techniques et peuvent comprendre des imperfections analogiques. Les outils d'analyse et test benches de mesure intégrés vous aident à réduire les efforts de vérification.

Pour le design et l'analyse de liens de communication à haute vitesse, tels que PCI Express®, USB, DDR et Ethernet, vous pouvez utiliser SerDes Toolbox™ pour créer et évaluer votre schéma d'égalisation de canal et générer automatiquement des modèles IBIS-AMI pour la simulation du canal.

Avec MATLAB et Simulink, vous pouvez :

  • Créer des modèles comportementaux de PLL, DAC, ADC, SerDes, SMPS et autres systèmes à signaux mixtes
  • Évaluer des compromis de design analogique-numérique en suivant une approche top-down
  • Lier les modèles de niveau système à des outils EDA par cosimulation ou en créant des modules SystemVerilog et des modèles IBIS-AMI
  • Vérifier les designs comportant des composants analogiques-numériques et de la logique de contrôle avant de produire des puces de test

« Auparavant, les simulations au niveau circuit prenaient trois jours. Avec MATLAB et Simulink, nous avons réduit notre temps de simulation à une minute. »

Jun Uehara, Epson Toyocom

Utiliser MATLAB pour le design de systèmes à signaux mixtes

Analyse de systèmes à signaux mixtes

Au plus haut niveau d'abstraction, vous pouvez utiliser MATLAB pour analyser des architectures système de base. Par exemple, faut-il préférer un modulateur sigma-delta du second ou du troisième ordre ? Quel est le meilleur type de PLL ? Que révèlent les diagrammes de Bode sur la stabilité du système ?

Utilisez des outils d'analyse dans MATLAB et Simulink pour explorer l'espace de design et déterminer la meilleure approche pour démarrer votre design. Par exemple, Mixed-Signal Blockset utilise des fonctionnalités MATLAB pour effectuer des analyses statiques de PLL en boucle ouverte et fermée et pour concevoir rapidement des filtres de boucle.

MATLAB propose de meilleures fonctionnalités d'analyse et de visualisation que les feuilles de calcul ou les langages de programmation classiques tels que C/C++. Vous n'avez cependant pas besoin de renoncer à vos investissements existants. MATLAB est compatible avec Microsoft® Excel® et avec du code C/C++.


Design top-down de systèmes à signaux mixtes

Utilisez et concevez des modèles comportementaux et des test benches de mesure pour permettre une vérification et un design plus rapides. Dans Simulink, vous pouvez simuler des circuits analogiques avec la logique de contrôle et les composants numériques à différents niveaux d'abstraction.

Décrivez l’électronique analogique avec des signaux à temps continu avec des fonctions de transfert ou avec Simscape Electrical™ pour modéliser des tensions, des courants et des composants tels que des éléments RLC, des amplificateurs opérationnels et des interrupteurs.

Décrivez l’électronique numérique au niveau algorithmique avec une précision en virgule flottante ou effectuez des simulations au bit près avec des données en virgule fixe de longueur arbitraire, en tenant compte des effets de quantification et de saturation. Enfin, générez du code HDL synthétisable pour cibler des ASIC et des FPGA.

Décrivez la logique de contrôle et des machines à états au niveau algorithmique avec des fonctions MATLAB ou Stateflow®. Vous pouvez utiliser des types de données virgule fixe et décider si vous préférez cibler des microcontrôleurs en générant du code C/C++ embarqué ou du code HDL synthétisable pour cibler des ASIC et des FPGA.


Vérification de systèmes à signaux mixtes

Les modèles de niveau système doivent être reliés aux prochaines étapes dans le processus de design. Vous pouvez utiliser les modèles MATLAB et Simulink comme harnais de test pour les modèles SPICE, le code HDL ou le hardware de différentes façons.

La cosimulation est un lien d'exécution entre les différents outils. À chaque étape de la simulation, les outils s'échangent des données, ce qui leur permet de fonctionner ensemble pour simuler un modèle. Dans le domaine analogique, Cadence® Virtuoso® AMS Designer offre des liens de cosimulation vers Simulink. Dans le domaine numérique, HDL Verifier™ offre des liens vers des simulateurs HDL tiers et des cartes FPGA pour les tests in the loop.

Pour les tests de régression et la réutilisation dans des environnements de vérification fonctionnelle, vous pouvez exporter des algorithmes MATLAB et des modèles Simulink en tant que modules SystemVerilog en utilisant l'interface DPI-C.

Vous pouvez analyser le résultat de la simulation d’IC avec MATLAB afin de visualiser les données de façon plus efficace et d'affiner les modèles comportementaux en utilisant des techniques d'optimisation, de Machine Learning ou de Deep Learning.

Le test du hardware final représente le dernier niveau de vérification de systèmes à signaux mixtes. À cette étape, MATLAB et Simulink sont compatibles avec toute une gamme d'équipements de test, ce qui vous permet de concevoir des systèmes de test capables de créer des vecteurs de test via des modèles, contrôler des équipements de test et analyser les résultats.


Boucles à verrouillage de phase (PLL)

Les modèles au niveau transistor sont précis, mais extrêmement lents en ce qui concerne le design de PLL. La boucle de rétroaction nécessite généralement de longues simulations pour capturer le temps de verrouillage et de petits pas de simulation afin de prévoir précisément les effets du bruit de phase. Simulink et Mixed-Signal Blockset utilisent un solveur à pas variable pour une simulation de PLL très rapide, sans devoir suréchantillonner.

Grâce à son héritage dans la conception de systèmes de contrôle, Simulink est doté d'un moteur de simulation extrêmement efficace en termes de simulation de systèmes avec des boucles de rétroaction. L'association de la modélisation comportementale et d'une approche de simulation plus rapide permet aux ingénieurs de réduire les temps de simulation pour le designs de PLL de plusieurs jours à seulement quelques heures ou quelques minutes.


Convertisseurs de données (ADC/DAC)

La possibilité de simuler rapidement des signaux à temps discrets et continus est essentielle pour la conception et la vérification des convertisseurs analogiques-numériques (ADC). Étant donné que Simulink permet la modélisation de composants analogiques et numériques dans le même environnement, vous pouvez concevoir un ADC en une fraction du temps nécessaire aux outils SPICE.

La réalisation rapide d'un design d'ADC dans Simulink accélère le balayage de paramètres, permettant ainsi aux ingénieurs d'effectuer des vérifications détaillées en moins de temps. Les test benches de Mixed-Signal Blockset vous permettent d'évaluer rapidement la non-linéarité différentielle et intégrale ainsi que le niveau de bruit.


SerDes et liens de communication haute vitesse

L'analyse et la simulation de systèmes d'égalisation parallèle DDR et de liens série SerDes fonctionnant à des débits de données élevés peuvent ralentir considérablement les simulations, compromettant alors les délais de livraison des projets et limitant l'exploration du design.

L'application SerDes Designer vous permet d'analyser des schémas d'égalisation de canal haute vitesse arbitraire en seulement quelques minutes, dont différentes architectures pour la préaccentuation et l'égalisation, avec des signaux NRZ ou PAM4. Depuis l'application, vous pouvez générer automatiquement des modèles Simulink pour ajuster plus précisément les algorithmes d'égalisation, ou vous pouvez partir de votre propre modèle et y ajouter vos algorithmes propriétaires. Pour l'intégration de systèmes et la vérification du canal, vous pouvez générer automatiquement des modèles IBIS-AMI à l'aide de SerDes Toolbox.


Prédistorsion numérique (DPD) pour les amplificateurs de puissance RF

En théorie, la prédistorsion numérique est plutôt simple, mais elle se révèle plus complexe en pratique. MATLAB fournit un environnement unifié pour contrôler les équipements de test, analyser les données complexes et créer des algorithmes pour DSP ou FPGA, tout en ayant une connaissance approfondie des effets causés par des amplificateurs de puissance RF (PA).

Dans MATLAB, vous pouvez facilement créer un modèle d'amplificateur de puissance sur les séries de Volterra modifiées, mémoire et non-linéarité comprises, et effectuer une simulation de type Circuit Envelope avec RF Blockset™. En simulant vos amplificateurs de puissance RF en boucle fermée avec votre propre algorithme DPD, vous pouvez estimer la synchronisation, la quantification et d'autres effets RF supplémentaires avant de vous rendre au laboratoire.