MATLAB y Simulink para sistemas de señales mixtas

Analice, diseñe y verifique sistemas analógicos y de señales mixtas

Use MATLAB® y Simulink® para modelar comportamientos, explorar diseños rápidamente, realizar análisis previo al diseño y verificar sistemas de señales mixtas.

Para empezar a diseñar circuitos integrados de señales mixtas, se pueden emplear los modelos que ofrece Mixed-Signal Blockset™ de PLL y ADC. Los componentes básicos se caracterizan con especificaciones de fichas técnicas e incluyen distorsiones analógicas. Las herramientas de análisis y los bancos de pruebas de medición integrados contribuyen a reducir el tiempo de verificación.

Para diseñar y analizar enlaces de alta velocidad, como PCI Express®, USB, DDR y Ethernet, puede emplear SerDes Toolbox™ para crear y evaluar el esquema de ecualización de canales y generar automáticamente modelos IBIS-AMI para la simulación de canales.

Con MATLAB y Simulink, puede:

  • Crear modelos de comportamiento de PLL, DAC, ADC, SerDes, SMPS y otros sistemas de señales mixtas
  • Evaluar tradeoffs de diseño analógico-digital mediante una metodología top-down
  • Vincular modelos en el nivel de sistema con herramientas EDA a través de la cosimulación o mediante la creación de módulos de SystemVerilog y modelos IBIS-AMI
  • Verificar diseños que incluyen hardware analógico-digital y lógica de control antes de producir chips de prueba

"Las simulaciones en el nivel de circuito tardaban tres días. Con MATLAB y Simulink, redujimos el tiempo de simulación a tan solo un minuto."

Jun Uehara, Epson Toyocom

Análisis de señales mixtas

En el nivel más alto de abstracción, se puede utilizar MATLAB para analizar arquitecturas de sistema básicas. Por ejemplo: ¿qué es mejor, un modulador sigma-delta de segundo o de tercer orden? ¿Qué tipo de PLL es mejor? ¿Qué indican los diagramas de Bode acerca de la estabilidad del sistema?

Utilice las herramientas de análisis de MATLAB y Simulink para explorar el espacio de diseño y determinar el mejor enfoque para comenzar el diseño. Por ejemplo, Mixed-Signal Blockset utiliza la funcionalidad de MATLAB para realizar análisis estáticos de lazo cerrado y lazo abierto de PLL y diseñar con rapidez filtros de lazo.

MATLAB proporciona funcionalidades de análisis y visualización mejores que una hoja de cálculo o los lenguajes de programación tradicionales como C/C++. Sin embargo, no es necesario renunciar a sus aplicaciones existentes; MATLAB funciona perfectamente con Microsoft® Excel® y con C/C++.


Diseño top-down de sistemas de señales mixtas

Simule circuitos analógicos con procesamiento digital de señales y algoritmos de control integrados. Utilice los modelos de comportamiento y los bancos de pruebas de medición proporcionados en Mixed-Signal Blockset para diseñar y analizar sistemas analógicos/de señales mixtas.

El modelado preciso y la simulación rápida en el nivel de sistema son esenciales para verificar diseños analógicos/de señales mixtas antes de implementar en producción. Los productos de MATLAB y Simulink permiten realizar estas tareas para describir dispositivos electrónicos analógicos, bien utilizando señales en tiempo continuo en el nivel de abstracción de la función de transferencia o bien con Simscape Electrical para modelar tensiones y corrientes, además de componentes tales como elementos RLC, amplificadores operacionales y conmutadores.

Puede describir sistemas electrónicos digitales en el nivel algorítmico usando precisión de punto flotante o realizar simulaciones con precisión de bits utilizando tipos de datos de punto fijo de longitud arbitraria, incluidos los efectos de cuantización y saturación. Por último, genere código HDL sintetizable para ASIC y FPGA de destino.

MathWorks® se ha asociado con Cadence® para ofrecer varias prestaciones de soporte. Puede cosimular un diseño descrito parcialmente en Simulink y Cadence Incisive® (digital) y Virtuoso® AMS Designer (analógico). También puede integrar el comportamiento de subsistemas de Simulink en el flujo de trabajo de Cadence SystemVerilog. Por último, puede utilizar la opción de integración "Cadence Virtuoso ADE" de MATLAB para importar bases de datos de simulaciones de transitorios, CA y CC en el nivel de circuito a la app Mixed-Signal Analyzer para visualizar, analizar e identificar tendencias en datos de señales mixtas.


Verificación de señales mixtas

Los modelos en el nivel de sistema deben estar enlazados con las siguientes etapas del flujo de diseño. Existen diferentes modos de usar los modelos de MATLAB y Simulink como arnés de pruebas para modelos SPICE, código HDL o hardware.

La cosimulación es un enlace en tiempo de ejecución entre diferentes herramientas; en cada etapa de la simulación, las herramientas intercambian datos, lo que permite que se ejecuten conjuntamente para simular un modelo. En el dominio analógico, Cadence® Virtuoso® AMS Designer proporciona enlaces de cosimulación con Simulink. En el dominio digital, HDL Verifier™ proporciona enlaces con placas FPGA y simuladores de HDL de terceros para realizar pruebas in-the-loop.

En el caso de las pruebas de regresión y la reutilización en entornos de verificación funcional, puede exportar los algoritmos de MATLAB y los modelos de Simulink como módulos de SystemVerilog con la interfaz DPI-C.

Puede analizar los resultados de la simulación de circuitos integrados con MATLAB para visualizar los datos de forma más efectiva y perfeccionar los modelos de comportamiento mediante técnicas de optimización, Machine Learning o Deep Learning.

El nivel final de la verificación de sistemas de señales mixtas consiste en las pruebas de dispositivos. En esta etapa, MATLAB y Simulink se integran con varios equipos de prueba, lo que permite diseñar sistemas de prueba capaces de crear vectores de prueba a través de modelos, controlar equipos de prueba y analizar resultados.


Lazos de seguimiento de fase (PLL)

Los modelos a nivel de transistor son precisos, pero sumamente para un diseño de lazos de seguimiento de fase (PLL). El lazo de realimentación suele requerir simulaciones largas para capturar el tiempo de bloqueo y pequeñas unidades de tiempo de simulación para predecir los efectos del ruido de fase con precisión. Simulink y Mixed-Signal Blockset utilizan un solver en escalón variable que permite una simulación de PLL muy rápida sin necesidad de sobremuestreo.

Simulink cuenta con un motor de simulación sumamente eficiente para simular sistemas con lazos de realimentación. Con un modelado de comportamiento y enfoque de simulación rápida, los equipos de ingeniería pueden reducir el tiempo de simulación de diseños de PLL de días a horas, o incluso minutos.


Convertidores de datos (ADC/DAC)

La capacidad de simular rápidamente señales continuas y discretas es la clave para el diseño y la verificación de convertidores de datos analógicos a digitales (ADCs). Dado que Simulink permite modelar en el mismo entorno de hardware analógico y digital, puede diseñar un ADC en la mitad del tiempo que requieren las herramientas SPICE.

El diseño de ADC rápido con Simulink acelera la exploración de parámetros, lo que permite a equipos de ingeniería realizar una verificación detallada en menos tiempo. Con los bancos de pruebas de Mixed-Signal Blockset, puede evaluar rápidamente la no linealidad integral y diferencial, así como el rendimiento con respecto al ruido.


Sistemas SerDes y enlaces de alta velocidad

El análisis y la simulación de sistemas de ecualización en serie SerDes y ecualización paralela DDR, que operan a altas velocidades de datos, pueden ralentizar las simulaciones, retrasar plazos de proyectos y limitar el campo de exploración del diseño.

La app SerDes Designer permite analizar esquemas de ecualización de canales de alta velocidad arbitrarios en cuestión de minutos, que incluye diferentes arquitecturas para preénfasis y ecualización usando señales NRZ o PAM4. Desde esta app, puede generar modelos de Simulink automáticamente para ajustar aún más los algoritmos de ecualización adaptativa, o puede usar su propio modelo como punto de partida y agregar sus propios algoritmos. Para la integración de sistemas y la verificación de canales, puede generar automáticamente modelos IBIS-AMI duales mediante SerDes Toolbox.


Predistorsión digital (DPD) de amplificadores de potencia de RF

La predistorsión digital es simple en teoría, pero difícil en la práctica. MATLAB proporciona un entorno integrador para controlar equipos de prueba, analizar datos complejos y crear algoritmos para DSP o FPGA, a la vez que ofrece información para comprender los efectos introducidos por amplificadores de potencia (PA) de RF.

En MATLAB, puede crear fácilmente un modelo de PA basado en la serie Volterra modificada, incluidas la memoria y la no linealidad, y simularlo con Circuit Envelope (envolvente de circuito) de RF Blockset™. La simulación de lazo cerrado de un amplificador de potencia de RF con algoritmo de DPD propios permite estimar el tiempo, la cuantización y otros efectos de RF antes de proceder a pruebas de laboratorio.