MATLAB e Simulink per sistemi di segnali ibridi

Analizzare, progettare e verificare sistemi analogici e ibridi

Utilizza MATLAB® e Simulink® per la modellazione comportamentale, l’esplorazione rapida del progetto, e l’analisi di pre-progettazione e verifica dei sistemi ibridi.

Per familiarizzare con i circuiti integrati (IC) ibridi, puoi utilizzare i modelli Mixed-Signal Blockset™ per PLL e ADC. I blocchi costruttivi sono caratterizzati dalle specifiche delle schede tecniche e includono disturbi analogici. Gli strumenti di analisi integrati e i test bench di misurazione ti aiutano a ridurre le attività di verifica.

Per la progettazione e l’analisi di collegamenti ad alta velocità, come PCI Express®, USB, DDR ed Ethernet, puoi utilizzare SerDes Toolbox™ per costruire e valutare il tuo schema di equalizzazione del canale e generare automaticamente modelli IBIS-AMI per la simulazione del canale.

Con MATLAB e Simulink, puoi:

  • Creare modelli comportamentali di PLL, DAC, ADC, SerDes, SMPS e altri sistemi ibridi
  • Valutare i compromessi della progettazione di sistemi analogici-digitali seguendo una metodologia top-down
  • Collegare modelli a livello di sistema a strumenti EDA tramite la co-simulazione o la creazione di moduli SystemVerilog e modelli IBIS-AMI
  • Verificare progetti che includono hardware analogico/digitale e logica di controllo prima di produrre chip di prova

“Le simulazioni a livello di circuito hanno richiesto tre giorni. Utilizzando MATLAB e Simulink abbiamo ridotto il tempo di simulazione a un solo minuto.”

Jun Uehara, Epson Toyocom

Utilizzare MATLAB per la progettazione di sistemi ibridi

Analisi di segnali ibridi

Al livello più alto di astrazione, puoi utilizzare MATLAB per analizzare architetture di sistemi di base; ad esempio: è meglio un modulatore sigma-delta di secondo o terzo ordine? Qual è il tipo migliore di PLL? Cosa dicono i diagrammi di Bode a proposito della stabilità del sistema?

Utilizza gli strumenti di analisi disponibili in MATLAB e Simulink per analizzare lo spazio di progettazione e capire da dove sia meglio iniziare il tuo progetto. Ad esempio, Mixed-Signal Blockset utilizza le funzionalità di MATLAB per eseguire analisi statiche ad anello aperto e chiuso di PLL e progettare rapidamente filtri di anello.

MATLAB fornisce funzionalità di analisi e visualizzazione migliori rispetto ai fogli di calcolo o ai linguaggi di programmazione tradizionali come C/C++. Tuttavia, non devi rinunciare alle tue risorse esistenti; MATLAB è compatibile con Microsoft® Excel® e C/C++.


Progettazione top-down di segnali ibridi

Utilizza ed elabora modelli comportamentali e test bench di misurazione per velocizzare la progettazione e la verifica. In Simulink, puoi stimolare circuiti analogici con la logica di controllo e hardware digitali a diversi livelli di astrazione.

Descrivi l’elettronica analogica utilizzando segnali a tempo continuo a livello di astrazione “funzione di trasferimento” o utilizzando Simscape Electrical™ per modellare tensioni, correnti e componenti come elementi RLC, amplificatori operazionali e interruttori.

Descrivi l’elettronica digitale a livello algoritmico utilizzando la precisione a virgola mobile o effettua simulazioni bit-accurate utilizzando tipi di dati a virgola fissa di lunghezza arbitraria, compresi gli effetti di saturazione e quantizzazione. Infine, genera codice HDL sintetizzabile per eseguire il targeting di ASIC e FPGA.

Descrivi la logica di controllo e le macchine a stati a livello algoritmico utilizzando funzioni MATLAB o Stateflow®. Puoi utilizzare tipi di dati a virgola fissa e decidere se eseguire il targeting dei microcontrollori utilizzando la generazione di codice C/C++ embedded o generare codice HDL sintetizzabile per eseguire il targeting di ASIC e FPGA.


Verifica di segnali ibridi

I modelli a livello di sistema devono essere collegati ai prossimi passaggi nel flusso di progettazione. Esistono diversi modi per utilizzare i modelli MATLAB e Simulink come test harness per modelli SPICE, codice HDL o hardware.

La co-simulazione è un collegamento di run-time tra diversi strumenti; in ogni fase della simulazione, i dati vengono scambiati tra gli strumenti, in modo che vengano eseguiti in contemporanea per simulare un modello. Nel dominio analogico, Cadence® Virtuoso® AMS Designer fornisce collegamenti di co-simulazione a Simulink. Nel dominio digitale, HDL Verifier™ fornisce collegamenti a simulatori HDL di terzi e schede FPGA per testing in the loop.

Per il testing regressivo e il riutilizzo in ambienti di verifica funzionale, puoi esportare gli algoritmi MATLAB e i modelli Simulink come moduli SystemVerilog sfruttando l’interfaccia DPI-C.

Puoi analizzare i risultati della simulazione del circuito integrato con MATLAB per visualizzare i dati in modo più efficace e rifinire ulteriormente i modelli comportamentali utilizzando tecniche di ottimizzazione, machine learning o deep learning.

Il livello finale della verifica dei segnali ibridi è il testing dei dispositivi. In questa fase, MATLAB e Simulink si integrano con una serie di apparecchiature di test, consentendoti di costruire sistemi di prova che creano vettori di test tramite modelli, verificare le apparecchiature di test e analizzare i risultati.


Phase-Locked Loop (PLL)

I modelli a livello di transistor sono precisi ma estremamente lenti per la progettazione Phase-Locked Loop (PLL). Spesso il ciclo di feedback richiede lunghe simulazioni per acquisire il tempo di blocco e fasi brevi di simulazione per prevedere con precisione gli effetti del rumore di fase. Simulink e Mixed-Signal Blockset utilizzano un solutore di fasi variabili che accelera la simulazione PLL senza dover ricorrere al sovracampionamento.

Offrendo il tradizionale controllo della progettazione, Simulink è dotato di un motore di simulazione estremamente efficiente nella simulazione di sistemi con cicli di feedback. La combinazione della modellazione comportamentale e di un approccio più rapido alla simulazione consente di ridurre i tempi di simulazione per i progetti PLL da giorni a ore o minuti.


Per Saperne di Più

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Convertitori di dati (ADC/DAC)

La possibilità di simulare rapidamente segnali a tempo continuo e discreto è fondamentale per la progettazione e la verifica di convertitori da analogico a digitale (ADC). Poiché Simulink consente la modellazione di hardware analogico e digitale nello stesso ambiente, puoi progettare ADC molto più rapidamente rispetto agli strumenti SPICE.

La progettazione rapida di ADC con Simulink consente scansioni parametriche più veloci, permettendo agli ingegneri di eseguire una verifica dettagliata in meno tempo. Utilizzando i test bench di Mixed-Signal Blockset, puoi valutare rapidamente la non linearità integrale e differenziale e la performance del rumore.


SerDes e collegamenti ad alta velocità

L’analisi e simulazione dei sistemi di equalizzazione paralleli DDR e seriali SerDes che operano a un’alta velocità di trasmissione dati possono rallentare notevolmente le simulazioni, compromettendo i tempi di consegna del progetto e limitando i margini di esplorazione del progetto.

L’applicazione SerDes Designer consente di analizzare schemi di equalizzazione di canali ad alta velocità arbitrari in pochi minuti, comprese le diverse architetture per la pre-enfasi e l’equalizzazione, utilizzando segnali NRZ o PAM4. Dall’applicazione, puoi generare automaticamente modelli Simulink per rifinire ulteriormente gli algoritmi di equalizzazione adattivi o partire dal tuo modello e aggiungere i tuoi algoritmi proprietari. Per l’integrazione di sistemi e la verifica del canale, puoi generare automaticamente modelli duali IBIS-AMI utilizzando SerDes Toolbox.


Predistorsione digitale (DPD) di amplificatori di potenza RF

La predistorsione digitale è semplice in teoria, ma complessa nella pratica. MATLAB fornisce un ambiente unico per il controllo delle apparecchiature di test, l’analisi di dati complessi e la costruzione di algoritmi per DSP o FPGA, oltre a consentire una comprensione approfondita degli effetti introdotti dagli amplificatori di potenza RF (PA).

In MATLAB, puoi costruire facilmente un modello PA basato sulle serie Volterra modificate, incluse memoria e non linearità, e simularlo utilizzando un circuit envelope RF Blockset™. La simulazione di PA a RF ad anello chiuso con il tuo algoritmo DPD ti consente di stimare tempistiche, quantizzazione ed effetti RF aggiuntivi prima di andare in laboratorio.