Méthodologies de Conception Rapide et Précise utilisant des Simulations Entièrement événementielles pour les Systèmes à Signaux Mixtes non Idéaux – FastSim-MS

Pour combiner la précision des simulations niveaux transistors (TL) et l'efficacité des modèles linéaires, un système de signaux mixtes peut être représenté par une approche de modélisation pilotée par événement (ED). Sur la base de l'exemple d'une boucle à verrouillage de phase (PLL) à pompe de charge (CP), un modèle ED considérant les effets non-idéaux majeurs est introduit ici.

- Conception d'un oscillateur commandé en tension fonctionnent à 2,4GHz en technologie CMOS 130nm de STMicroelectronics
- Premier modèle événementiel d'une PLL fractionnelle double boucle fonctionnant en 2.4 GHz (décrit sous Matlab)

- Conception des block fonctionnels qui composent la PLL en technologie CMOS

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De nos jours, la communication sans fil devient de plus en plus importante et nécessite la mise en œuvre de circuits éco énergétique et de haute densité d'intégration. Ainsi, les systèmes à signaux mixtes comme les convertisseurs DC-DC ou les boucles à verrouillage de phase (PLL) sont de plus en plus intégrés.
Ces systèmes mélangent des parties analogiques et numériques et présentent un comportement de commutation à modulation d'impulsions en durée (PWM) non linéaire. Aussi, leur conception ne peut pas s'appuyer sur des théories de contre-réaction classiques et des simulations au niveau transistor ou comportemental sont souvent utilisées. Les modèles au niveau transistors (TL) sont très précis, tandis que les modèles comportementaux permettent une manipulation plus facile des effets parasites. Les principaux verrous pour ces approches sont le traitement très chronophage, le besoin en ressources de calcul très gourmand et les coûts de conception globaux. Ceci rend difficile l’analyse rapide du comportement du système et met en péril la garantie d'une conception robuste. De plus, au niveau transistor, tous les effets non-idéaux sont considérés à la fois, rendant l'analyse de leurs influences singulières et combinées sur les performances encore plus complexe.
Pour obtenir un aperçu rapide des propriétés du système, des méthodes de conception basées sur des modèles linéaires sont utilisées. En raison de la linéarisation précoce, les effets non-linéaires et non-idéaux ne sont pas pris en compte. Cependant, il est crucial de les prendre en compte pour une conception robuste, car elles affectent la stabilité, la pureté spectrale et le comportement dynamique transitoire. De plus, la validité de ces approches de modélisation est limitée au domaine proche du point de fonctionnement, les rejetant pour des prédictions transitoires qui sont pourtant essentielles pour la synthèse de fréquence.
Pour combiner la précision des simulations TL et l'efficacité des modèles linéaires, un système de signaux mixtes peut être représenté par une approche de modélisation pilotée par événement (ED). Sur la base de l'exemple d'une PLL à pompe de charge (CP), un modèle ED considérant les effets non-idéaux majeurs est introduit ici. Ce modèle n'évalue que les fronts de déclenchement du PWM, réduisant considérablement le temps de simulation et la quantité de données produites. Des accélérations allant jusqu'à 100 000 sont attendues avec une très bonne précision par rapport aux simulations TL.
Dans ce projet, pour relever les défis de conception des systèmes à signaux mixtes, c.-à-d. à comportement de commutation, comportement non idéal et non linéaire, le modèle ED efficace sera investigué pour couvrir les CP-PLL, les PLL à récupération d'horloge et de données et les boucles à verrouillage de délai. Tous les principaux effets parasites et non linéaires seront extraits au niveau TL et modélisés dans la représentation ED. De plus, une interface entre le modèle ED et l’outil de conception Cadence sera implémentée afin de réaliser une extraction de paramètres. Une fois que le modèle ED sera enrichi par ces effets parasites, leur influence sur les performances de la boucle sera systématiquement explorée, conduisant à une méthodologie de conception exhaustive et plus robuste des PLL et DLLs à signaux mixtes. Pour montrer la faisabilité de cette méthodologie de modélisation et de conception, les connaissances recueillies seront extrapolées à d'autres systèmes à signaux mixtes comme le convertisseur DC-DC