Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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The simulation of analog and mixed circuits is a key step in design and verification of electronic circuits. This article reviews the existing simulation market offer by showing how it has adapted to the main characteristics of today's integrated circuits. The article describes than the basic numerical methods, algorithms and analyzes to simulate purely analog circuits, RF and microwave communication circuits, and finally mixed circuits that combine time-based simulation and event-driven simulation.
Auteur(s)
-
Joël BESNARD : Engineering manager - Mentor Graphics, Montbonnot, France
-
Pascal BOLCATO : Engineering director, Analog and RF Simulation - Mentor Graphics, Montbonnot, France
-
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.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
simulation | design | spice | verification | radiofrequency
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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Conclusion
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5. Simulation des circuits et des systèmes en mode mixte
Le challenge en simulation de mode mixte n'est pas de simuler différents types de circuits électroniques, mais de combiner différents algorithmes en une structure unifiée et de l'appliquer à l'ensemble du circuit décrit avec des niveaux d'abstraction différents.
La simulation qui repose sur des événements a été développée principalement pour la simulation des circuits numériques, alors que la simulation des circuits analogiques est classiquement obtenue par une simulation dirigée par le temps. Un simulateur en mode mixte doit effectuer la résolution du système entier via les méthodes de traitement des équations algébro-différentielles non linéaires, en tenant compte des queues d'événements pour les parties numériques.
Trois approches fondamentales sont possibles :
-
l'approche augmentée dans laquelle un simulateur analogique est utilisé pour simuler des circuits numériques ou un simulateur numérique est utilisé pour les circuits analogiques ;
-
l'approche couplée dans laquelle on effectue un couplage entre un simulateur analogique et un simulateur numérique en établissant des mécanismes de communication entre les deux simulateurs ;
-
l'approche intégrée qui présume qu'une paire d'algorithmes intimement liés effectue la simulation globale.
Aux niveaux d'abstraction des modèles vus précédemment, on peut ajouter les niveaux algorithmique et système. Le lecteur pourra, pour une information complémentaire, se référer à l'article [E 2 452].
5.1 Interfaçage entre le numérique et l'analogique : les convertisseurs
Trois composants de base servent à établir cette communication dans les deux sens. La conversion des grandeurs analogiques vers les valeurs logiques s'opère au travers de détecteurs de seuil (figure 30), qui génèrent des événements en réponse...
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Simulation des circuits et des systèmes en mode mixte
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).
-
(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).
-
(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...
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