MATLAB e Simulink per sistemi di segnali misti

Analisi, progettazione e verifica di sistemi analogici e misti

Utilizza MATLAB® e Simulink® per la modellazione del comportamento, l'esplorazione rapida dei progetti, l'analisi di pre-progettazione e la verifica di sistemi di segnali misti.

Per familiarizzare con i circuiti integrati (IC) a segnali misti, 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, è possibile utilizzare SerDes Toolbox™ per costruire e valutare lo 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 a segnali misti
  • Valutare tradeoff di progetti analogici-digitali seguendo una metodologia di tipo top-down
  • Collegare modelli a livello di sistema a strumenti EDA mediante 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

“Per le simulazioni a livello di circuito ci sono voluti tre giorni. Utilizzando MATLAB e Simulink, abbiamo ridotto il tempo di simulazione a un solo minuto”.

Jun Uehara, Epson Toyocom

Analisi di segnali misti

Al livello più alto di astrazione, è possibile 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 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 chiuso e aperto di PLL e progettare rapidamente filtri di anello.

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


Progettazione top-down a segnali misti

Simula circuiti analogici con algoritmi di controllo ed elaborazione di segnali digitali embedded. Utilizza i modelli comportamentali e i test bench di misurazione forniti in Mixed-Signal Blockset per la progettazione e l'analisi di sistemi analogici e a segnali misti.

Una modellazione accurata e una rapida simulazione a livello di sistema sono fondamentali per verificare questi progetti analogici e di segnali misti prima della produzione. I prodotti MATLAB e Simulink consentono di eseguire queste operazioni che descrivono l'elettronica analogica utilizzando segnali a tempo continuo al livello di astrazione della funzione di trasferimento o con Simscape Electrical per modellare tensioni e correnti e componenti, come elementi RLC, amplificatori operazionali e interruttori.

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

MathWorks® ha collaborato con Cadence® per fornirti diverse funzionalità di supporto. Insieme, è possibile co-simulare un progetto parzialmente descritto in Simulink e Cadence Incisive® (digitale) e Virtuoso® AMS Designer (analogico). È inoltre possibile integrare il comportamento dei sottosistemi Simulink nel workflow SystemVerilog di Cadence. Infine, è possibile utilizzare l'opzione di integrazione Cadence Virtuoso ADE MATLAB per importare database di simulazioni transitorie, CA e CC a livello di circuito nell'applicazione Mixed-Signal Analyzer per visualizzare, analizzare e identificare le tendenze dei dati di segnali misti.


Verifica di segnali misti

I modelli a livello di sistema devono essere collegati alle fasi successive del 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 temporale di 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 terze parti e a schede FPGA per il testing in the loop.

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

È possibile analizzare i risultati della simulazione CI con MATLAB per visualizzare i dati in modo più efficace e perfezionare ulteriormente i modelli comportamentali utilizzando tecniche di ottimizzazione, Machine Learning o Deep Learning.

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


Phase-Locked Loop (PLL)

I modelli a livello di transistor sono precisi ma estremamente lenti nella progettazione Phase-Locked Loop (PLL). Il ciclo di feedback richiede spesso 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 a passo variabile che consente una simulazione PLL molto veloce senza dover ricorrere al sovracampionamento.

Grazie al suo tradizionale controllo della progettazione, Simulink dispone 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 agli ingegneri di ridurre i tempi di simulazione dei progetti PLL da giorni a ore o minuti.


Ulteriori informazioni

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Convertitore 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, è possibile progettare un 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 verifiche dettagliate in meno tempo. Utilizzando i test bench di Mixed-Signal Blockset, è possibile valutare rapidamente la non linearità integrale e differenziale e la performance del rumore.


SerDes e collegamenti ad alta velocità

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

L'applicazione SerDes Designer consente di analizzare in pochi minuti schemi arbitrari di equalizzazione dei canali ad alta velocità, comprese le diverse architetture per la pre-enfasi e l'equalizzazione, utilizzando segnali NRZ o PAM4. Dall'applicazione è possibile generare automaticamente modelli Simulink per perfezionare ulteriormente gli algoritmi di equalizzazione adattivi, oppure partire dal tuo modello e aggiungere i tuoi algoritmi proprietari. Per l'integrazione di sistemi e la verifica dei canali, è possibile 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 difficile in 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 è possibile costruire facilmente un modello PA basato sulle serie di 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.