MATLAB et Simulink pour les systèmes à signaux mixtes

Analyser, concevoir et vérifier des systèmes analogiques et 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 bien démarrer avec le design de circuits intégrés (IC) à signaux mixtes, 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 les test benches de mesure intégrés vous aident à réduire les efforts de vérification.

Pour le design et l'analyse des 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, ainsi que 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 les puces de test

« Auparavant, les simulations au niveau circuit prenaient trois jours. Avec MATLAB et Simulink, cela n'a pris qu'une minute. »

Jun Uehara, Epson Toyocom

Analyser des systèmes à signaux mixtes

Au plus haut niveau d'abstraction, vous pouvez utiliser MATLAB pour analyser des architectures système de base (par exemple, pour déterminer s'il faut choisir un modulateur sigma-delta du second ou de 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 le code C/C++.


Design top-down de systèmes à signaux mixtes

Simulez des circuits analogiques à l'aide du traitement de signal numérique embarqué et des algorithmes de contrôle. Utilisez les modèles comportementaux et les test benches offerts dans Mixed-Signal Blockset pour créer et analyser des systèmes à signaux mixtes/analogiques.

Une modélisation précise et une simulation rapide au niveau système sont essentielles pour pouvoir vérifier ces designs de systèmes à signaux mixtes/analogiques avant la production. Les produits MATLAB et Simulink vous donnent la possibilité d'effectuer ces tâches qui décrivent l'électronique analogique en utilisant des signaux à temps continu avec des fonctions de transfert ou avec Simscape Electrical pour modéliser des tensions et courants, ainsi que des composants tels que des éléments RLC, des amplificateurs opérationnels et des interrupteurs.

Vous pouvez décrire l'électronique numérique au niveau algorithmique avec une précision en virgule flottante ou effectuer 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.

MathWorks® s'est associé à Cadence® pour vous proposer des fonctionnalités de support diverses et variées. Vous pouvez cosimuler un design décrit de façon partielle dans Simulink et Cadence Incisive® (numérique), ainsi que dans Virtuoso® AMS Designer (analogique). Vous pouvez également intégrer le comportement des sous-systèmes de Simulink dans le workflow Cadence SystemVerilog. Enfin, vous pouvez utiliser l'option d'intégration de MATLAB avec Cadence Virtuoso ADE pour importer des bases de données de simulations transitoires au niveau circuit, AC et DC dans l'application Mixed-Signal Analyzer afin de visualiser, analyser et identifier des tendances dans les signaux mixtes.


Vérification de systèmes à signaux mixtes

Les modèles au niveau système doivent être reliés aux prochaines étapes dans processus de design. Il existe plusieurs façons d'utiliser vos modèles MATLAB et Simulink comme harnais de test pour les modèles SPICE, le code HDL ou le hardware.

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 leur réutilisation dans des environnements de vérification fonctionnels, vous pouvez exporter des algorithmes MATLAB et des modèles Simulink en tant que modules SystemVerilog en utilisant l'interface DPI-C.

Vous pouvez analyser les résultats de la simulation IC avec MATLAB pour visualiser les données de façon plus efficace et affiner davantage les modèles comportementaux avec des techniques d'optimisation, de Machine Learning ou de Deep Learning.

La dernière étape de la vérification des systèmes à signaux mixtes consiste à tester le hardware final. À ce stade, MATLAB et Simulink s'intègrent à des équipements de test divers, vous permettant ainsi de concevoir des systèmes de test capable de créer des vecteurs de test via des modèles, de contrôler des équipements de test et d'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 le design de systèmes de contrôle, Simulink est doté d'un moteur extrêmement performant pour la simulation de systèmes avec des boucles de rétroaction. En associant la modélisation comportementale et une approche de simulation plus rapide, les ingénieurs peuvent réduire les temps de simulation pour les designs de PLL de plusieurs jours à seulement quelques heures ou quelques minutes.


Découvrir les produits

Convertisseurs de données (ADC/DAC)

La possibilité de simuler rapidement des signaux à temps discrets et continus est essentielle pour le design et la vérification des convertisseurs analogique-numérique (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. En utilisant les test benches Mixed-Signal Blockset, vous pouvez 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 à 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 propose 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 (PA) RF.

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.