1 © 2012 The MathWorks, Inc.
MATLAB/SimulinkによるAMS活用事例
~Mixed-Signal Library 2.0のご紹介~
MathWorks Japan
アプリケーションエンジニアリング部
シニアアプリケーションエンジニア
竹本佳充
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Agenda
1. AMS設計活用事例 I. ミックスドシグナルトップダウン設計
II. MATLAB/Simulinkの導入メリット
III. 事例紹介
2. Mixed-Signal Library I. Mixed-Signal Libraryとは
II. 提供される環境
III. Version 2.0で提供されるデモ
3. まとめ
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Agenda
1. AMS設計活用事例 I. ミックスドシグナルトップダウン設計
II. MATLAB/Simulinkの導入メリット
III. 事例紹介
2. Mixed-Signal Library I. Mixed-Signal Libraryとは
II. 提供される環境
III. Version 2.0で提供されるデモ
3. まとめ
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ミックスドシグナルトップダウン設計 ミックスドシグナル系エンジニアの声
Mixed-signal SOC verification using analog behavioral models
Qi Wang, Cadence Design Systems - August 21, 2012/EDN
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Analog Digital
Cadence®
Virtuoso® Analog Design
Environment (ADE)
Virtuoso® AMS Designer (AMSD)
手書きHDLコード
ミックスドシグナルトップダウン設計 従来のアナログ/デジタル協調設計フロー
HDL シミュレータ
Virtuoso上で回路設計
Verilog-Aでビヘイビアモデル作成
設計プロセス間に大きな壁
RTL Design
System
Design
Specification
Implement to IC
RF/Mixed-Signal Verification
Circuit Design
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Implement to IC
RF/Mixed-Signal Verification
Digital
自動生成HDLコード
HDL シミュレータ
MATLAB/
Simulink
Simulink DPI-C Link/ co-sim HDL Coder
HDL Verifier
設計プロセス間の壁を解消
RTL Design Circuit Design
Cadence®
Virtuoso® Analog Design
Environment (ADE)
Virtuoso® AMS Designer (AMSD)
Analog
System
Design
ミックスドシグナルトップダウン設計 新しいアナログ/デジタル協調設計フロー
Specification
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Implement to IC
RF/Mixed-Signal Verification
Digital
RTL Design Circuit Design
Analog
System
Design
Specification
ミックスドシグナルトップダウン設計 システム設計におけるトップダウンフローのイメージ
理想モデル: 高抽象度表現でパラメータを
チューニング
性能劣化要因評価モデル: 雑音、スプリアス等、システム性能劣化要因を考慮
回路ビヘイビアモデル: 部分的な回路表現による、
トポロジ評価
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MATLAB/Simulinkの導入メリット
シミュレーションプラットフォーム
– 豊富な解析/可視化関数
– 連続、離散ドメインに対応
– 可変ソルバによる高速処理
各種オプションライブラリ
– ディジタル系ライブラリ
– アナログ系ライブラリ
– 豊富なオプションでモデルを迅速に具現化
EDAツールとのリンク
– HDLおよび回路シミュレータとの連携
– 固定小数点化および自動コード生成
– 包括的なトップダウンフローを実現
MATLAB/
Simulink/
Stateflow
Control System Toolbox/
DSP System Toolbox/
SimPowerSystems/ …
Fixed Point Toolbox/
HDL Coder/
HDL Verifier/ …
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Case study:ADコンバータ設計
種類 逐次比較ADC パイプラインADC Δ∑ADC
方式 コンパレータでの
比較処理を
繰り返す
ADCとDACの
組み合わせに
より実現
高速なサンプルレートで信号を
2値化
変換周波数 △ ◎ △
分解能 ○ ○ ◎
消費電力 ○ △ ○
用途 一般用途
マイコン
画像処理
通信
オーディオ
計測
ご紹介するADC
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Case study:逐次比較ADC step1 (理想モデル)
comparator
SAR
ロジック
理想DAC
10M[Hz]
140M[Hz]
サンプリング周波数:10M[Hz]
分解能:12bit
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Case study:逐次比較ADC step1 (理想モデル - cont.)
[遷移条件]
[遷移条件]と、{アクション}
SARロジック
(Stateflow環境で実現)
アイドル状態
ADC
実行状態
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Case study:逐次比較ADC step1 (理想モデル - cont.)
各状態における
遷移パターン
①10MHz周期
ADC出力初期値を設定し、Run状態へ
②比較結果==true
ビット「1」を確定。
②比較結果==false
ビット「0」を確定。
前回の暫定ADC出力
から、「2^Bit」だけ減算
③比較回数<語長
ビットカウンタを
デクリメントし、
逐次比較を継続
③比較回数==語長
ADC出力を確定し、
アイドル状態へ
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Case study:逐次比較ADC step3 (電荷再分配DAC)
参考文献:http://inst.eecs.berkeley.edu/~ee247/fa06/lectures/L15_f06.pdf
電荷再分配DACの概念図
8C 4C 2C C
Vout
Vref
C 2(B-1)C
reset
MSB
LSB bB-1 b3 b2 b1 b0
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Case study:逐次比較ADC step3 (4bit電荷再分配DAC)
参考文献:http://inst.eecs.berkeley.edu/~ee247/fa06/lectures/L15_f06.pdf
8C 4C 2C C
Vout
Vref
C
reset
b3 b2 b1 b0
リセット
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Case study:逐次比較ADC step3 (4bit電荷再分配DAC)
参考文献:http://inst.eecs.berkeley.edu/~ee247/fa06/lectures/L15_f06.pdf
8C 4C 2C C
Vout
Vref
C
b3 b2 b1 b0
“1101”
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b0
Case study:逐次比較ADC step3 (4bit電荷再分配DAC - cont.)
参考文献:http://inst.eecs.berkeley.edu/~ee247/fa06/lectures/L15_f06.pdf
b3
b2 b1
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事例紹介:エプソントヨコム ミックスドシグナル集積回路を2 か月で設計・検証
課題 新しい16ビットADコンバータを含むミックスドシグナルICを
2ヶ月で開発すること
ソリューション
システムレベル設計をモデリング、シミュレーション、検証するためにMathWorksのモデルベースデザインツールを採用
結果 シミュレーション時間を数日から数分に短縮
開発期間を33%短縮
大幅な設計コスト削減
「従来、回路レベルで3日、Verilog-Aで20
分と非常に時間のかかっていたシステムシ
ミュレーションにMATLABおよびSimulink
のシステムモデルを採用することにより、
1分に短縮することができました。これによ
り短時間にかつシステマティックに各設計
パラメータを決定し、システム仕様を決定
することができました。」
上原 純 様
エプソントヨコム株式会社
⊿ΣADCの Simulink モデルと、
パワースペクトル密度のプロット。
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事例紹介:Broadcom フラクショナルN高周波用PLL設計(Simulinkモデル)
MATLAB Signal Processing Virtual Conference, 18 May, 2011
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事例紹介:BOSCH SimulinkによるミックスドシグナルASICシステムレベル設計(ESC設計)
MATLAB Virtual Conference 2012
System-Level Design of
Mixed-Signal ASICs
using Simulink:
Efficient Transitions to
EDA Environments
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Agenda
1. AMS設計活用事例 I. ミックスドシグナルトップダウン設計
II. MATLAB/Simulinkの導入メリット
III. 事例紹介
2. Mixed-Signal Library I. Mixed-Signal Libraryとは
II. 提供される環境
III. Version 2.0で提供されるデモ
3. まとめ
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Mixed-Signal Libraryとは?
ライブラリの構成
Circuit Elements:
回路コンポーネント
Design Elements: 設計コンポーネント
Measurements:
システムの計測
Mixed-Signal Examples:
ライブラリブロックを使用した各種デモ
Mixed-Signal Library:
ミックスドシグナルシステムを構築するための
ブロックライブラリ(無償)
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動作環境(必要なツール)
すべてのデモの実行に必要なオプション
(MATLAB/Simulinkのみで動作するデモ・ブロックもあります):
Communication System Toolbox
Control System Toolbox
Curve Fitting Toolbox
DSP System Toolbox
RF Toolbox
Signal Processing Toolbox
Simscape/ SimPowerSystems
Simulink
Stateflow
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Agenda
1. AMS設計活用事例 I. ミックスドシグナルトップダウン設計
II. MATLAB/Simulinkの導入メリット
III. 事例紹介
2. Mixed-Signal Library I. Mixed-Signal Libraryとは
II. 提供される環境
III. Version 2.0で提供されるデモ
3. まとめ
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まとめ
1. AMS設計活用事例
MATLAB/SimulinkによるAMSシステム設計の効果、Case Studyをご紹介
導入事例をご紹介
2. Mixed-Signal Library
Mixed-Signal Libraryから提供される
環境をご紹介
是非お試しください!
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デモブースのご案内
信号処理アルゴリズム設計
~システム設計~実装
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