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
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
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
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 RTL Design System Design Specification Implement to IC RF/Mixed-Signal Verification Circuit DesignImplement 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 SpecificationImplement 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8
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/ StateflowControl System Toolbox/ DSP System Toolbox/ SimPowerSystems/ …
Fixed Point Toolbox/ HDL Coder/
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
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：12bitCase study：逐次比較ADC
step1 (理想モデル - cont.) [遷移条件] SARロジック (Stateflow環境で実現) アイドル状態 ADC 実行状態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Case study：逐次比較ADC
step2 (非線形モデル)
DACの
Case study：逐次比較ADC
step2 (非線形モデル - cont.) 時間軸波形 （ADC出力等） 周波数軸波形 （ADC出力） DAC 非線形性小 DAC 非線形性大Case study：逐次比較ADC
step3 (電荷再分配DAC) 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 b0Case 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Case study：逐次比較ADC
step3 (4bit電荷再分配DAC) 8C 4C 2C C Vout Vref C b3 b2 b1 b0 “1101”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
Case study：逐次比較ADC
step3 (12bit電荷再分配DAC) スプリットアレイによる実現 ⇒キャパシタ削減 8/7*C C 2C 4CCase study：逐次比較ADC
step4 (12bit DACを含むADCモデル)
12bit DAC
周波数軸 出力波形 時間軸
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。事例紹介：富士通セミコンダクター
高速I/Oにおけるミックスドシグナルシステム設計の実例紹介
事例紹介：慶應義塾大学
事例紹介：Broadcom
フラクショナルN高周波用PLL設計
事例紹介：Broadcom
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
補足1：MATLAB/Simulinkイベント情報
www.mathworks.co.jp
①
②
補足2：AMS関連リンクページ
www.mathworks.co.jp/mixed-signal-systems/
無償ミックスドシグナル ライブラリ？
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
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）ライブラリの構成：Circuit Element
回路コンポーネント 可変RLC 理想スイッチ OPアンプ マスク化された OPアンプブロックライブラリの構成：Design Element
設計コンポーネント 8b/10bエンコーダ VCO DA変換 信号源 8b/10bエンコーダと 10b/8bデコーダライブラリの構成：Measurements
特性計測ブロック ジッタ測定 SNR推定 スペクトル解析 SNR測定用ブロックライブラリの構成：Mixed-Signal Examples
ミックスドシグナル 関連デモ ADC PLL SI 電源 スイッチング電源デモドキュメント：起動
>> helpview('MS_product_page.html')
チュートリアル ブロックヘルプ
ドキュメント：チュートリアル（ADC）
モデル作成手順 パラメータ設定
ドキュメント：チュートリアル（PLL）
協調シミュレーション SISOツールの概要
ヘルプ
Ｃ Ｃ
ブロックを用いた 例題を提供
デモ
各種ADコンバータ デジタル プリディストーション PLL 高周波系 シグナル インテグリティ スイッチング電源 2ポート ワークフローDPD設計GUI (>>DPD)
PA特性 DPD特性 周波数特性 測定データと DPD後のデータ 測定データ I/Qデータ読み込み fit関数で線形化 PA設計 DPD設計 波形確認SERDES
受信信号 再生信号 アナログEQ出力 TX チャネル アナログEQ DFE クロック リカバリ 10b/8b復号パイプラインADC
エラー挿入部 アナログ入力 解析・可視化部 初段サブADC 後段サブADC 初段サブDAC ヒストグラム （ビット出現頻度） 周波数応答DCDCコンバータ(SEPIC)
ダウンロードプロセス (1)
上記リンクにアクセスし、 ユーザ情報を送信 http://www.mathworks.co.jp/programs/mixed-signal/index.html
ダウンロードプロセス (2)
ダウンロードプロセス (3)
関連ファイルの ダウンロード開始⇒
ダウンロードプロセス (4)
作業フォルダにすべてのファイル をコピー ↓ コマンドウィンドウ上で、 >>InstallMe を実行動作環境（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
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
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！
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
