혼합 신호 시스템의 거동 모델링, 신속 설계 탐색, 설계 전 분석 및 검증에 MATLAB 및 Simulink를 사용할 수 있습니다.
혼합 신호 IC(집적 회로) 설계를 시작하려면 PLL과 ADC의 Mixed-Signal Blockset 모델을 사용할 수 있습니다. 구성 블록은 데이터시트 사양으로 특징지을 수 있으며 아날로그 손상을 포함합니다. 내장 분석 툴과 측정 테스트벤치를 통해 검증에 드는 노력을 줄일 수 있습니다.
PCI Express®, USB, DDR, 이더넷 등의 고속 링크 설계 및 분석의 경우, SerDes Toolbox를 사용하여 채널 등화 방식을 구축하고 평가하며 채널 시뮬레이션을 위한 IBIS-AMI 모델을 자동 생성할 수 있습니다.
MATLAB 및 Simulink를 사용하여 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.
- PLL, DAC, ADC, SerDes, SMPS 및 기타 혼합 신호 시스템의 거동 모델 생성
- 하향식 방법론을 따라 아날로그-디지털 설계의 장단점 평가
- 연동 시뮬레이션을 통해 또는 SystemVerilog 모듈 및 IBIS-AMI 모델을 생성하여 시스템 수준 모델을 EDA 툴에 연결
- 테스트 칩 생산 전에 아날로그/디지털 하드웨어, 제어 논리를 비롯한 설계 검증
"기존에는 회로 수준 시뮬레이션에 3일이 걸렸습니다. MATLAB 및 Simulink를 사용하여 우리는 시뮬레이션 시간을 단 1분으로 단축할 수 있었습니다."
혼합 신호 분석
가장 높은 추상화 수준에서 MATLAB을 사용하여 기본 시스템 아키텍처를 분석하고 다음과 같은 질문에 대한 답을 얻을 수 있습니다. 2차 또는 3차 시그마-델타 변조기 중 어떤 것이 나은가? 어떤 유형의 PLL이 가장 적합한가? 보드 플롯으로 미루어 보아 시스템 안정성은 어떤가?
MATLAB 및 Simulink의 분석 툴을 사용하여 설계 공간을 탐색하고 설계를 위한 최적의 시작점을 찾을 수 있습니다. 예를 들어, Mixed-Signal Blockset은 MATLAB 기능을 사용하여 PLL에 대해 폐루프 및 개루프 정적 분석을 수행하고 빠르게 루프 필터를 설계할 수 있습니다.
MATLAB은 스프레드시트나 C/C++ 같은 기존 프로그래밍 언어보다 더욱 우수한 분석 및 시각화 기능을 제공합니다. 그래도 기존에 구축한 환경을 버리실 필요는 없습니다. MATLAB은 Microsoft® Excel®, C/C++ 와도 호환됩니다.
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혼합 신호의 하향식 설계
내장된 디지털 신호 처리 및 제어 알고리즘으로 아날로그 회로를 시뮬레이션할 수 있습니다. Mixed-Signal Blockset에서 제공하는 거동 모델과 측정 테스트벤치를 사용하여 아날로그/혼합 신호 시스템을 설계하고 분석할 수 있습니다.
이러한 아날로그/혼합 신호 설계를 양산 전에 검증하기 위해서는 정확한 모델링과 신속한 시스템 수준 시뮬레이션이 반드시 필요합니다. MATLAB 및 Simulink 제품을 사용하여 전달 함수 추상화 수준에서 연속시간 신호를 사용하거나 Simscape Electrical로 전압, 전류 및 RLC 소자, OP 앰프, 스위치 등의 구성요소를 모델링하여 아날로그 전자 시스템을 기술할 수 있습니다.
부동소수점 정확도를 사용하여 알고리즘 수준에서 디지털 전자 시스템을 기술하거나 양자화 및 포화 효과가 있는 임의 길이의 고정소수점 데이터형을 사용하여 비트 정확 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 마지막으로 FPGA 및 ASIC 설계를 타겟팅하는 합성 가능한 HDL 코드를 생성할 수 있습니다.
MathWorks는 Cadence®와 협업하여 다양한 지원 기능을 제공하고 있습니다. 이를 통해 사용자는 Spectre® AMS Designer(아날로그) 및 Spectre AMS Connector(혼합 신호)에서 모델링된 회로 및 HDL 그리고 Simulink 모델로 구성된 설계를 Xcelium™ 시뮬레이터에서 연동 시뮬레이션할 수 있습니다. Simulink 서브시스템의 거동을 Cadence SystemVerilog 워크플로에 통합할 수도 있습니다. 마지막으로 Cadence Virtuoso ADE MATLAB Integration 옵션을 사용하여 회로 수준의 과도, AC, DC 시뮬레이션에서 나온 데이터를 Mixed-Signal Analyzer 앱에 가져와서 혼합 신호 데이터에 있는 추세를 시각화, 분석, 식별할 수 있습니다.
혼합 신호 검증
시스템 수준 모델은 설계 흐름의 다음 단계에 반드시 연결되어야 합니다. MATLAB 및 Simulink 모델을 SPICE 모델, HDL 코드 또는 하드웨어에 대한 테스트 하네스로 사용할 수 있는 다양한 방법이 있습니다.
연동 시뮬레이션은 서로 다른 툴 간의 런타임 링크입니다. 데이터는 매 시뮬레이션 시간 스텝마다 툴 간에 교환되며 이러한 툴이 함께 실행되어 모델을 시뮬레이션할 수 있습니다. 아날로그 영역에서 Cadence® Spectre® AMS Designer는 Simulink에 대한 연동 시뮬레이션 링크를 제공합니다. 디지털 영역에서 HDL Verifier는 FPGA-in-the-Loop 테스트를 위해 타사 HDL 시뮬레이터와 개발 보드에 대한 링크를 제공합니다.
회귀 테스트와 기능 검증 환경에서 재사용할 용도로 ASIC Testbench for HDL Verifier 애드온을 사용하여 MATLAB 알고리즘과 Simulink 모델을 SystemVerilog 모듈로 내보내어 DPI-C 인터페이스의 이점을 활용할 수 있습니다.
MATLAB으로 IC 시뮬레이션 결과를 분석하여 데이터를 더욱 효과적으로 시각화하고 최적화, 머신러닝, 딥러닝 기법을 사용하여 거동 모델을 더욱 정교화할 수 있습니다.
혼합 신호 검증의 마지막 단계는 소자 테스트입니다. 이 단계에서 MATLAB 및 Simulink는 다양한 테스트 장비와 통합되어, 모델을 통해 테스트 벡터를 생성하고 테스트 장비를 제어하며, 결과를 분석하는 테스트 시스템을 구축할 수 있습니다.
PLL (위상 고정 루프)
트랜지스터 수준 모델은 정확하지만 PLL(위상 고정 루프) 설계에서 매우 느립니다. 피드백 루프에서 정착 시간을 포착하려면 오랜 시뮬레이션이 필요한 경우가 많고, 위상 잡음 효과를 정확하게 예측하려면 시뮬레이션 시간 스텝이 작아야 합니다. Simulink와 Mixed-Signal Blockset은 가변 스텝 솔버를 이용하여 아주 빠르게 PLL 시뮬레이션을 할 수 있고 오버샘플링이 필요하지 않습니다.
제어 설계에 뿌리를 두고 있는 Simulink에는 피드백 루프가 있는 시스템을 매우 효율적으로 시뮬레이션하는 시뮬레이션 엔진이 장착되어 있습니다. 거동 모델링과 빠른 시뮬레이션의 결합을 통해 엔지니어는 PLL 설계를 위한 시뮬레이션 시간을 일 단위에서 시간 또는 분 단위로 단축할 수 있습니다.
데이터 컨버터 (ADC/DAC)
ADC(아날로그-디지털 컨버터)를 설계하고 검증하려면 연속시간 및 이산시간 신호를 빠르게 시뮬레이션할 수 있어야 합니다. Simulink를 사용하면 아날로그 및 디지털 하드웨어 환경과 동일한 환경에서 모델링을 할 수 있으므로 SPICE 툴에서 요구하는 시간보다 훨씬 짧은 시간으로 ADC를 설계할 수 있습니다.
Simulink를 사용하여 빠르게 ADC를 설계하면 더욱 빠른 파라미터 스윕이 가능하여 엔지니어가 더 짧은 시간 안에 상세한 검증을 수행할 수 있습니다. Mixed-Signal Blockset 테스트벤치를 사용하여 빠르게 적분 및 미분 비선형성과 잡음 성능을 평가할 수 있습니다.
SerDes 및 고속 링크
빠른 데이터 전송 속도에서 동작하는 SerDes 직렬 및 DDR 병렬 등화 시스템에 대한 신호 무결성 분석과 시뮬레이션은 시뮬레이션 속도를 심각하게 감소시켜 프로젝트 납기에 지장을 주고 설계 탐색 범위를 제한할 수 있습니다.
SerDes Designer 앱을 사용하면 PAM4 신호를 사용하여 프리엠퍼시스 및 등화를 위한 다양한 아키텍처를 비롯한 임의의 고속 채널 등화 방식을 몇 분 안에 분석할 수 있습니다. 앱에서 자동으로 Simulink 모델을 생성하여 적응형 등화 알고리즘을 더욱 정교화하거나 자신만의 모델에서 시작하여 독자적인 알고리즘을 추가할 수 있습니다. SerDes Toolbox를 사용하여 듀얼 IBIS-AMI 모델을 자동으로 생성하고 시스템 통합 및 사용자 지정 채널 검증을 위해 Signal Integrity Toolbox에 내보낼 수 있습니다.
RF 전력 증폭기의 DPD(디지털 전치왜곡)
디지털 전치왜곡은 이론적으로는 간단하지만 실제로는 까다롭습니다. MATLAB은 테스트 장비를 제어하고 복잡한 데이터를 분석하며 DSP 또는 FPGA용 알고리즘을 구축하면서 RF PA(전력 증폭기)가 미치는 효과를 심층적으로 이해할 수 있는 통합 환경을 제공합니다.
MATLAB에서 메모리 및 비선형성 등을 포함하는 수정 볼테라 급수에 기반한 PA 모델을 손쉽게 구축하고 RF Blockset의 Circuit Envelope 블록을 사용하여 모델을 시뮬레이션할 수 있습니다. 여러분의 DPD 알고리즘으로 RF PA를 폐루프에서 시뮬레이션함으로써 실험을 수행하기 전에 타이밍, 양자화를 비롯한 추가적인 RF 효과를 추정할 수 있습니다.
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