MATLAB et Simulink pour le développement de semi-conducteurs

MATLAB® et Simulink® facilitent l'exploration et l’approche top-down du design de systèmes semi-conducteurs. Ils permettent aux ingénieurs de collaborer pour la description, l'analyse, la simulation et la vérification des systèmes multi-domaines, en utilisant une combinaison d'approches de modélisation et différents niveaux d'abstraction. Les domaines modélisés peuvent inclure de l’analogique, du numérique, de la RF, du software ou de la thermique. Le niveau d'abstraction peut, quant à lui, aller du niveau transistor jusqu’à l'algorithme.

Les modèles de système, les environnements de vérification et les cas de test définis dans MATLAB et Simulink peuvent être réutilisés dans les outils EDA de plusieurs façons, notamment par la co-simulation, l'exportation de modèles, de tests benches et de vecteurs de test, ainsi que par la génération de code C et HDL. Ces démarches intègrent les processus de design, de vérification et d'implémentation des workflows, ce qui permet aux ingénieurs de raccourcir considérablement les itérations sur le design, de réduire les risques de retard du projet et d'intégrer en continu les modifications apportées aux spécifications et au design.

« Avec les outils MathWorks, nous avons identifié le meilleur choix pour notre algorithme. L'exécution du modèle étant bien plus rapide que notre simulateur de circuit, nous avons repéré les erreurs d'implémentation bien plus rapidement, et avons réduit notre délai de commercialisation. »

Cory Voisine, Allegro MicroSystems

Utilisation de MATLAB et Simulink pour le développement de semi-conducteurs

Design numérique

Modélisez et simulez des systèmes numériques utilisant des algorithmes de traitement du signal, de vision et de télécommunications, ainsi que des fonctions mathématiques et trigonométriques étendues et une logique de contrôle d'état complexe. Créez vos modèles avec un niveau d'abstraction qui représente le meilleur compromis entre précision et vitesse de simulation. Cette exploration rapide de l'espace de design vous permet de faire les bons choix en matière d'architecture de systèmes et de quantification. Il est possible d'importer des modèles Verilog®, VHDL® et C/C++ existants, ce qui permet une intégration continue.

Réalisez le codesign et la cosimulation hardware/software de SoC (System-on-Chip) avec MATLAB et Simulink, en tenant compte de l'architecture du SoC, de l'exécution des tâches et des effets du système d'exploitation. Cette action permet d'effectuer une analyse extrêmement fiable de la performance du software et de l'utilisation du hardware très en amont dans le processus de développement du produit.


PLL fraction-N avec un modulateur delta-sigma.

Profil de bruit de phase pour un VCO.

Design analogique à signaux mixtes

Combinez et simulez des composants analogiques, numériques, software et RF avec MATLAB et Simulink pour accélérer l'évaluation de multiples alternatives de design et optimiser les performances du système. 

Concevez et analysez des composants analogiques de signaux mixtes, tels que des ADC, PLL, convertisseurs de puissance et SerDes, à partir des modèles de référence et des bibliothèques MathWorks®. Explorez les compromis architecturaux au niveau du système, évaluez les effets des imperfections physiques (comme le bruit de phase, le jitter, la non-linéarité et les fuites et les erreurs de timing) et vérifiez le comportement des circuits dans différentes conditions et scénarios. 

Réutilisez les modèles et les tests benches MATLAB et Simulink dans des environnements IC et PCB comme Cadence® Virtuoso® AMS Designer and Cadence® PSpice®. Accélérez le processus d'implémentation et comblez le fossé entre l'ingénierie système et le design ASIC.


Design de systèmes et RF IC

Créez, analysez et simulez des systèmes RF en utilisant des données de mesure telles que les paramètres S, les spécifications des fiches techniques ou les propriétés physiques. Élaborez des modèles d'émetteurs-récepteurs RFIC et intégrez-les à des algorithmes de traitement numérique du signal et à une logique de contrôle pour simuler avec précision des architectures adaptatives telles que le contrôle automatique de gain (AGC), la prédistorsion numérique (DPD) et les réseaux d'adaptation d'impédance ajustables (TMN). Intégrez le dispositif frontal RF avec des réseaux d'antennes pour modéliser des architectures de beamforming en tenant compte du couplage en champ proche et en champ lointain.

Avec MATLAB et Simulink, vous pouvez modéliser des systèmes RF à différents niveaux d'abstraction. Le mode « circuit enveloppe » permet une simulation haute-fidélité et multi-porteuse de réseaux utilisant des topologies arbitraires. L'analyse de l'équilibrage harmonique calcule les effets des non-linéarités sur le gain et sur les points d'interception de deuxième et de troisième ordre (IP2 et IP3). La bibliothèque Equivalent Baseband permet une simulation rapide et en temps discret pour valider les performances de réseaux cascade monoporteuse.

MATLAB propose également des fonctions, des applications et des exemples de référence conformes aux normes LTE, 5G, WLAN et Bluetooth pour modéliser, simuler et vérifier divers systèmes de communication. Vous pouvez configurer, simuler, mesurer et analyser les liaisons de communication de bout en bout. Vous pouvez également créer et réutiliser un test bench de conformité pour vérifier que vos designs, prototypes et implémentations sont conformes aux normes RF.


Système de gestion de batterie

Le système de gestion de batterie (BMS) est responsable de la sécurité de fonctionnement, des performances et de la durée de vie des batteries dans des conditions diverses de charge-décharge et des environnements différents. Les capacités de modélisation et de simulation de Simulink permettent le développement de BMS, notamment la formulation et le paramétrage de circuits équivalents à une seule cellule, le design de circuits électroniques, la logique de contrôle, la génération automatique de code, ainsi que la vérification et la validation.

De plus, du code C ou HDL peut être généré à partir de modèles Simulink pour le prototypage rapide de systèmes ou de microcontrôleurs. Cela vous permet d'effectuer une simulation temps réel pour les tests hardware-in-the-loop (HIL) afin de valider l'algorithme avant l'implémentation du hardware.


Vérification

Vérifiez les modèles MATLAB et Simulink de façon structurée, en définissant des environnements de vérification, des cas de test et des propriétés formelles. Les outils de régression et les moteurs formels sont fournis, ce qui vous permet d'identifier les bugs dans le design de manière anticipée. Pour quantifier les résultats de la vérification, des outils de mesure de couverture et de traçabilité des exigences sont également proposés.

Exportez les modèles de systèmes, les environnements de vérification et les cas de test en tant que composants SystemVerilog DPI-C ou UVM et réutilisez-les comme drivers, checkers ou modèles de référence dans vos simulations EDA. Vous pouvez également utiliser une cosimulation pour comparer les modèles MATLAB et Simulink à leurs représentations HDL ou SPICE.


Implémentation RTL

Concentrez-vous sur l'optimisation de l'architecture hardware de vos algorithmes plutôt que sur le code : affinez et vérifiez progressivement les modèles de systèmes numériques et convertissez les en code RTL. Une fois que vous avez vérifié la fonctionnalité de l'architecture hardware de votre algorithme, la génération automatique de code garantit que l'implémentation correspond à votre objectif initial. Comparé au codage manuel, ce workflow permet non seulement d'explorer plus rapidement différentes options d'architecture, mais également de rendre l'ensemble du processus plus agile afin de l'adapter rapidement aux changements.


Fabrication de semi-conducteurs

Le rendement est le facteur le plus important dans l'ensemble des opérations afférentes aux semi-conducteurs. Avec MATLAB et Simulink, vous pouvez développer, intégrer et déployer des systèmes qui utilisent des technologies telles que le Deep Learning, la maintenance prédictive et le traitement d'images. Ces systèmes permettent d'augmenter le rendement de la production en améliorant le contrôle du processus des semi-conducteurs, de minimiser le coût de la maintenance en déployant un système de photolithographie avec détection des défauts et d'améliorer la fiabilité de l'équipement en estimant la durée de vie utile restante d'une machine.


Test de semi-conducteur

Utilisez MATLAB pour effectuer des tests benches pour les semi-conducteurs. MATLAB vous permet de communiquer avec les équipements de test directement via des drivers d'instrument ou des commandes textuelles. La forme d'onde générée dans MATLAB peut être transmise à un instrument comme stimulus pour le Design Under Test (DUT). Alternativement, les données de mesure du DUT peuvent être collectées par l'instrument et envoyées à MATLAB pour post-traitement, analyse et visualisation. Vous pouvez également automatiser des tests, vérifier des designs hardware et concevoir des systèmes de test basés sur les normes LXI, PXI et AXIe.