Bibliographie & annexes
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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée de l’article E3450 intitulé « Simulation des circuits analogiques et mixtes » paru en 2009, rédigé par Joël BESNARD, Pascal BOLCATO, Dézai GLAO, Hervé GUÉGAN.
RÉSUMÉ
La simulation des circuits analogiques et mixtes constitue une étape clé dans les flots de conception et de vérification des circuits électroniques. Cet article fait le point sur l’offre existante sur le marché des simulateurs en montrant comment celle-ci s’est adaptée aux principales caractéristiques des circuits intégrés actuels. L’article décrit par la suite les méthodes numériques, algorithmes et analyses fondamentaux permettant de simuler les circuits purement analogiques, les circuits de communication RF et microondes et finalement les circuits mixtes qui combine une simulation dirigée par le temps et une simulation dirigée par évènements.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Joël BESNARD : Engineering manager - Mentor Graphics, Montbonnot, France
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Pascal BOLCATO : Engineering director, Analog and RF Simulation - Mentor Graphics, Montbonnot, France
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Dézaï GLAO : Staff engineer - Mentor Graphics, Montbonnot, France
INTRODUCTION
La fin du XXe siècle a connu une évolution considérable des technologies de fabrication des circuits intégrés due principalement à la pression du marché des circuits électroniques de communication. Le début du XXIe connaît la même tendance avec l’apparition des objets connectés, des applications liées à la mobilité, des systèmes embarqués (notamment dans le secteur de l’automobile), du traitement des données en masse ou des dispositifs médicaux. Pour les concepteurs de circuits, il faut réduire le temps de mise sur le marché tout en satisfaisant à la fois aux demandes de performances accrues (consommation, poids, tailles et coûts réduits). À ces contraintes liées à l'utilisateur final, s'ajoutent les problèmes de sécurité (aviation, automobile), de connectivité et d'adaptation à des standards de plus en plus nombreux (WLAN (Wireless Local Area Network), Bluetooth, Wi-Fi (Wireless Fidelity)…). Il en résulte une explosion en termes de complexité de fonctionnement et de taille (en nombre de transistors) pour les circuits intégrés. Pour faire face à ces contraintes, on intègre sur une même puce SoC (System on Chip) ou dans un même boîtier SiP (System in Package) : microprocesseurs, mémoires, traitement analogique et numérique du signal, circuits d'interface, système d'exploitation, composants de radiofréquences, etc.
Le temps de mise sur le marché du produit étant un facteur crucial de réussite, ces systèmes de grande complexité doivent être conçus, vérifiés et validés de manière sûre. Les coûts de fabrication étant très élevés, les tentatives multiples ne sauraient être tolérées.
Les acteurs du marché de l'EDA (Electronic Design Automation) fournissent aux fabricants de circuits intégrés des flots de conception, mais aussi de vérification alliant méthodologies, logiciels et matériels appareillés pour respecter au mieux les exigences précédemment citées.
L'un des éléments clés de ces deux flots est le simulateur électrique à niveaux d'abstractions mixtes, signaux mixtes et RF (radiofréquences). Nous le désignerons tout simplement : simulateur AMS/RF pour Analog Mixed Signal/RF. Il devra être capable à la fois de supporter des niveaux d'abstraction de plus en plus élevés (les choix de technologies étant reportés le plus tard possible) et de prendre en compte des détails électriques de plus en plus fins (connexions d'alimentations par exemple) afin de répondre aux nouvelles technologies. En même temps que l'échelle d'abstraction s'étire dans les deux sens, d'autres domaines, autres qu'électriques et thermiques, doivent aussi pouvoir être pris en compte : mécanique, optique, biologie…
L’objectif de cet article est d’une part de présenter l’offre du marché des simulateurs des circuits et de montrer comment celle-ci s’adapte aux enjeux décrits ci-dessus, et d’autre part d'offrir au lecteur les bases nécessaires à la compréhension de leur fonctionnement ainsi que de leur usage.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1982 par
- Version archivée 2 de mars 1993 par René FRANÇOIS
- Version archivée 3 de nov. 2009 par Joël BESNARD, Pascal BOLCATO, Dézai GLAO, Hervé GUÉGAN
DOI (Digital Object Identifier)
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6. Conclusion
En regard des enjeux, il n'est plus possible pour les sociétés concevant des circuits intégrés complexes d'effectuer des impasses de validation, sans s'exposer à des risques très élevés. La validation devient de plus en plus critique et, pour pouvoir réduire ces risques au maximum, des méthodologies très élaborées sont mises en œuvre. Elles s'appuient sur des outils de plus en plus diversifiés, tels que des vérificateurs de règles, de la preuve formelle, des langages d'assertion, ainsi que des méthodes de réutilisation, comme pour les programmes de tests, et aussi de mesure de l'efficacité tel le taux de couverture. Malgré tout cet enrichissement, le cœur de cette validation reste la simulation. Certes, les utilisateurs devront organiser les plans de validation avec de plus en plus de soin, mais ils devront aussi optimiser les simulations en procédant aux bons choix de simulateurs par rapport aux critères de validation. Il est certain que les utilisateurs, pour suivre les besoins des technologies silicium les plus avancées, ou bien encore ceux des nouvelles technologies basées sur des composés semi-conducteurs, demanderont toujours des simulateurs plus rapides, plus précis et pouvant traiter plus d'éléments. En réponse, les fournisseurs de simulateurs devront en permanence innover ; l'innovation viendra de l'introduction de nouveaux algorithmes, de l'utilisation de nouvelles architectures d'ordinateur et même de remises en cause de l'architecture du logiciel.
Ce besoin continu de solutions toujours plus performantes met en évidence les spécificités des différents besoins de simulation. Sans être exhaustif, on peut noter les quatre principaux types d'utilisation qui correspondent à autant de marchés différents. La caractérisation de cellules numériques demande des simulations courtes, mais en très grand nombre et très précises (marché du simulateur SPICE), alors que durant la conception de circuits analogiques et RF, le nombre de simulations est plus réduit, mais la vitesse de réponse devient prépondérante (marché du simulateur SPICE, tant dans le domaine temporel que fréquentiel). Pour terminer avec le niveau transistor, il est certain que, par exemple, la mesure de courant sur l'alimentation d'un circuit complet requiert une simulation longue dont seul l'ordre de grandeur des résultats importe (marché du simulateur SPICE rapide). Quant à la simulation complète d'un circuit intégré, l'important est de pouvoir rester à un niveau comportemental élevé en regard de chaque critère à valider ;...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HO (C.W.), RUEHLI (A.E.), BRENNN (F.A.) - The Modified Nodal Approach to Network Analysis. - IEEE Trans. Circuits syst, vol CAS (22 June 1975).
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(2) - VLACH (J.), SINGHAL (K.) - Computer Methods For Circuits Analysis And Design. - Van Nostrand Reinhold (1983).
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(3) - McCalla - Fundamentals of Computer-Aided Circuit simulation. - Kluwer academic publishers, Boston (1993).
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(4) - NAGEL (L.W.) - SPICE2 : A computer program to simulate semiconductor circuits. - Research Labolatory, College of engineering University of california(May 1975).
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(5) - BERRY (R.D.) - Ak Optimal Ordering of Electronic Circuit Equations for a sparseMatrix Solution. - I IEEE Trans. Circuit theory CT, pp. 139-146 (18 January1971).
-
(6) - BRENNAN (K.), CAMPBELL (S.), PETZOLD (L.) - The...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Mentor Graphics (Afs, Eldo, Eldo-RF, ADiT, ADVance-MS, HyperLynx)
Keysight Technologies
Cadence (Spectre, Spectre-RF, Ultrasim, AMS Designer, Zuken, Pspice)
Synopsys (Hspice, Hsim/XA, AMS Discovery)
ANSYS
HAUT DE PAGE1.2 Organismes, comités œuvrant pour la standardisation
IEEE : Promotion de la connaissance dans le domaine de l'ingénierieélectrique
ACCELERA : Standardisation des langages HDL (verilog, vhdl)
CMC : Standardisation et promotion de l'utilisation et de l'implémentationdes modèles « compacts » de composants
IRDS : Structure coordinatrice sponsorisée par IEEE chargée d'élaborer une feuille de route commune pour l'industrie électronique
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