Behavioural modelling of analog and mixed circuits
Modélisation comportementale des circuits analogiques et mixtes
Résumé
To integrate on one single chip ever more complex systems composed of both digital and analog functions, a hierarchical design methodology is needed. Based on a behavioural modelling of each circuit element, before any architectural choice, such an approach reduces simulation and design times and increases reliability. Successfully applied in the digital domain, this paradigm should now be extended to the analog one. This is now possible due to the recent availability of powerful languages for analog and mixed behavioural modelling. This thesis introduces the usage of such languages in the designer community through the development of a CAD environment providing help for analog and mixed model design. It is based on a functional library dedicated to the modelling of basic circuits (e.g. operational amplifiers) but also of very complex systems such as a security air-bag system. Different description techniques have been studied: SPICE macro-modelling and behavioural modelling with several languages, whose properties have been compared (FAS, C-FAS, HDL-A and MAST). This environment is also composed of an analog characterization tool which is used to rapidly compute model parameters from performance measurements of the associated circuit, through electrical simulations. Moreover, to ease model exchange and transfer libraries into different languages, automatic translators have been developed such as FAS to CFAS, FAS to MAST and FAS to HDL-A.
Pour pouvoir intégrer sur une seule puce des systèmes toujours plus complexe comportant à la fois des fonctions numériques et analogiques, l'utilisation d'une méthodologie de conception hiérarchique est indispensable. Basée sur la modélisation comportementale de chaque élément du circuit, avant tout choix d'architecture, une telle approche permet en effet de réduire les temps de simulation, de conception et d'améliorer la fiabilité. Appliqué avec succès dans le domaine digital, ce paradigme doit maintenant être étendu à l'analogique. Cela est aujourd'hui possible grâce à l'offre récente de puissants langages de modélisation comportementale analogique et mixte. Cette thèse a permis d'introduire l'utilisation de ces langages au sein de la communauté des concepteurs, par le développement d'un environnement CAO d'aide à la conception de modèles analogiques et mixtes. Il est basé sur une bibliothèque fonctionnelle adaptée à la modélisation de circuits élémentaires (amplificateurs opérationnels) mais aussi de systèmes très complexes, tels qu'un système de sécurité air-bag. Plusieurs techniques de description ont été abordées :macro-modélisation SPICE et modélisation comportementale à l'aide de plusieurs langages dont les propriétés ont été comparées (FAS, CFAS, HDL-A et MAST). Cet environnement comporte aussi un outil de caractérisation analogique qui permet de générer rapidement les paramètres des modèles en fonction de mesures des performances du circuit associé, par des simulations électriques. En outre, pour faciliter les échanges de modèles et transférer des bibliothèques vers des langages différents, des traducteurs automatiques ont dû être élaborés, tels que FAS vers CFAS, FAS vers MAST et FAS vers HDL-A..
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