Schnelle und genaue Entwurfsmethoden unter Verwendung vollständig ereignisgesteuerter Simulationen für nicht-ideale Mixed-Signal-Systeme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Hilleringmann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406675560

Drahtlose Kommunikation wird immer wichtiger und benötigt leistungsfähige und hochintegrierte ICs. Daher werden Mixed-Signal-Systeme wie DC-DC-Wandler oder Phasenregelkreise (PLL) zunehmend integriert. Diese Systeme mischen analoge und digitale Teile und weisen ein nichtlineares pulsweitenmoduliertes (PWM) Schaltverhalten auf. Daher kann ihr Design nicht auf allgemeinen Regelungstheorien beruhen und Simulationen werden oft verwendet. Transistor-Level (TL) -Modelle sind sehr genau, während Verhaltensmodelle einen einfacheren Umgang mit parasitären Effekten ermöglichen. Die größten Engpässe sind die langen Simulationszeiten und die gesamten Entwurfskosten. Zusätzlich werden bei TL alle nicht idealen Effekte auf einmal betrachtet, was die Analyse ihrer separaten und kombinierten Einflüsse auf die Leistungen noch komplexer macht. Für einen schnellen Systemüberblick, werden Entwurfsmethoden auf der Basis linearer Modelle eingesetzt. Aufgrund der frühen Linearisierung werden nicht-ideale Effekte nicht berücksichtigt. Diese sind jedoch für einen robusten Aufbau zu berücksichtigen, da sie die Stabilität, die Frequenzreinheit und dasa sie die Stabilität, die Frequenzreinheit und das transiente dynamische Verhalten beeinflussen. Darüber hinaus ist die Validität dieser Modellierungsansätze auf die Domäne in der Nähe des Betriebspunktes beschränkt und schließt sie für transiente Pull-In-Vorhersagen aus. Um die Genauigkeit von TL-Simulationen und die Effizienz von linearen Modellen zu kombinieren, kann ein Mixed-Signal-System durch einen komplett ereignisgesteuerten (ED) Modellierungsansatz dargestellt werden. Am Beispiel einer Ladungspumpe (CP) PLL wird hier ein ED-Modell vorgestellt, das die wichtigsten nicht-idealen Effekte berücksichtigt. Dieses Modell wertet nur die Triggerflanken des PWM-Verfahrens aus, wodurch die Simulationszeit und die Menge der erzeugten Daten drastisch reduziert werden. Beschleunigungsfaktoren bis zu 100k werden mit einer sehr hohen Genauigkeit erwartet. In diesem Projekt wird das effiziente ED-Modell zur Bewältigung der Design-Herausforderungen von Mixed-Signal-Systemen, d.h. Schaltverhalten, nicht-ideales und nichtlineares Verhalten, weiterentwickelt, um die CP-PLL-, Takt- und Datenwiederherstellungs-PLL- und Delay-Locked-Loop-Anwendungen abzudecken. Alle wichtigen parasitären und nichtlinearen Effekte werden in TL extrahiert und in der ED-Darstellung modelliert. Zusätzlich wird eine Schnittstelle zwischen dem ED-Modell und Cadence implementiert, um eine praxisnahe Parameterextraktion zu realisieren. Sobald das ED-Modell durch diese parasitären Effekte angereichert ist, wird ihr Einfluss wird ihr Einfluss auf die Performanz systematisch untersucht, was zu einer umfassenden und robusteren Entwurfsmethodik von Mixed-Signal-PLLs und DLLs führt. Um die Machbarkeit dieser Modellierungs- und Entwurfsmethodik zu demonstrieren, werden die gewonnene Erkenntnisse auf andere Mixed-Signal-Systeme wie den DC-DC-Wandler übertragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Christian Hedayat
• Kooperationspartner: Professor Wenceslas Rahajandraibe