Verteidigung der Studienarbeit

1. Verteidigung der Studienarbeit Charakterisierung und Modellierung von Analogschaltungen

2. Charakterisierung und Modellierung von Analogschaltungen Gliederung des Vortrags • Technischer Hintergrund • Motivation • Charakterisierung • Schaltungsmodellierung • Operationsverstärker • Charakterisierung • Modellierung • Softwareentwurf • Analyse • Entwurf • Vorstellung • Zusammenfassung

3. 1. Technischer Hintergrund – Motivation Motivation • Stand der Technik • kleinere Strukturbreiten • höhere Integrationsdichten • steigende Komplexität • Werkzeuge zur Unterstützung • Steigerung der Produktivität • Reduzierung anfallender Kosten • Automatisierung, Verifikation • Ziel der Arbeit • automatisierter Vergleich von Entwurfsvarianten durch Charakterisierung • Generierung von Verhaltensmodellen zur Verifikation von Gesamtsystemen Abbildung 1 – allgemeiner Schaltungsentwurfsprozess

4. 1. Technischer Hintergrund – Charakterisierung Charakterisierung • Ziel • Bestimmung charakteristischer Kennwerte • Messschaltung • Erregung des DUT • Betriebsparameter • Generierung von Kennlinien durch Simulation • Extraktionsgleichungen • Berechnung der Modellparameter aus Simulationskennlinien • Extraktionsparameter Abbildung 3 – DUT mit Testbench

5. gewünschte Modelleigenschaften schnell in der Simulation einfache Struktur Vernachlässigung unwichtiger Effekte hohe Übereinstimmung mit Original Parametrisierbare Verhaltensmodelle 1. Technischer Hintergrund – Schaltungsmodellierung Schaltungsmodellierung • Ziele der Modellierung • Simulation und Verifikation in akzeptabler Zeit • Top-Down-Entwurfspfad kann konsequent durchgeführt werden • Wiederverwendung und Verkauf von Schaltungskomponenten Abbildung 2 – Aufbau parametrisierbarer Modelle

6. 2. Operationsverstärker – Charakterisierung Bestimmung der Ausgangsimpedanz • Ziel • Bestimmung der Kenngrößen und • Extraktion Abbildung 4 – Ersatzschaltung Abbildung 5 – Messschaltung

7. 2. Operationsverstärker – Modellierung Modellierung • Modellparameter • Modell • Eingangsstufe: • Übertragungsstufe: • Ausgangsstufe: Abbildung 6 – Modell des OPV

8. 3. Softwareentwurf – Analyse Idee Abbildung 7 – prinzipielle Funktionsweise des Werkzeuges

9. 3. Softwareentwurf – Analyse Anforderungen • Vergleich • CADENCE: Virtuoso Characterization & Modeling Environment (VCME ) • MENTOR GRAPHICS: ADVanced Design ToolBox • Ziel • umfangreiche und einfache Möglichkeiten zur Erweiterung von Testbenches und Modellen • übersichtliche, flexible Programmstruktur für Funktionserweiterungen

10. 3. Softwareentwurf – Entwurf Entwurfsmuster • Entwurfsmuster • Kapselung durch Objektschnittstellen • helfen bei Definition der Schnittstellen • MVC-Entwurfsmuster • strikte Trennung von Daten, Dialogaufbau und Dialogverhalten Abbildung 8 – MVC – Model-View-Controller

11. 3. Softwareentwurf – Entwurf Simulatoranbindung • Entwurfsmuster Schablonenmethode • Einfache Erweitung externer Werkzeuge möglich • Entwurfsmuster Singleton • Sicherung von Zugriffsrechten auf die externen Werkzeuge Abbildung 9 – Klassendiagramm Simulatoranbindung

12. 3. Softwareentwurf – Vorstellung Charakterisierungsumgebung • besondere Merkmale • Intuitive Bedienung • Keine Kenntnisse über Skript- oder Hardwarebeschreibungs­sprachen notwendig • Simulation und Extraktion auf Knopfdruck • Darstellung und Auswertung der Ergebnisse möglich Abbildung 10 – Bildschirmfoto Charakterisierungsumgebung

13. 3. Softwareentwurf – Vorstellung Anlegen einer Testbench ** Einbinden des DUT ** YDUT DUT PORT: 0 nvbias nvdd ninp1 ninp2 noutp ** SCHALTUNG ** * Versorgungsspannungen Vdd nvdd 0 Udd Vbias nvbias 0 Ubias * Eingangsspannungen Vin ninp1 ninp2 DC Uoffset AC Uin Vcm ninp2 0 Ucm * Ausgangsgrößen Rload noutp n6 Rload Vref n6 0 Uref ** GLOBALE PARAMETER MIT DEFAULT-WERTEN** .param Uoffset = 0V .param Uin = 1V .param Ucm = 0.108V .param Uref = 0.107V .param Udd = 5V .param Ubias = 3.7V .param Rload = 1e12 ** ANALYSE ** .dc .ac dec 20 1 1e20 ** AUSGABE ** .defwave Vd=V(noutp,n6)/V(ninp1,ninp2) .probe ac WDB(Vd) .end • Einfache Erweitung der Testbenchbibliothek möglich • Keine Einschränkung in der Beschreibung von Schaltungsaufbau, Simulatorsteuerung und Extraktionsgleichungen • Kenntnisse in entsprechenden Sprachen nötig # Extraktion der Leerlaufverstärkung GAINdB = yval( WDBVd, 10 ) # Bestimmung der oberen Grenzfrequenz I3dB = yval ( WDBVd, 10 ) - 3 F3dB = xdown( WDBVd, I3dB ) # Bestimmung der Transitfrequenz Ft = xdown(WDBVd,1) Abbildung 11 – Extraktionsgleichungen Abbildung 12 – Aufbau der Messschaltung

14. 3. Softwareentwurf – Vorstellung Anlegen einer Testbench im Werkzeug • Möglichkeiten • Beliebiges Editieren von Modellen und Testbenches • Copy&Paste Abbildung 13 – Bildschirmfoto Testbench bearbeiten

15. 3. Softwareentwurf – Vorstellung Verwaltung der Testbenches Abbildung 13 – Bildschirmfoto Testbenchverwaltung Abbildung 14 – Bildschirmfoto Eigenschaften einer Testbench

16. 4. Zusammenfassung Zusammenfassung • Operationsverstärker • Charakterisierung • Modellierung • Werkzeug-Entwurf • Automatisierung der Charakterisierung • Parametrisierung einer Modellschaltung aus den Kennwerten • Vergleich Modell und Originalschaltung • Anbindung eines Simulators • Bereitstellung einer Modell- und Testbenchbibliothek • einfache Erweiterung der Modell- und Testbenchbibliothek möglich • weitere Aufgabengebiete • Funktionserweiterung • Untersuchung weiterer Modellierungsmethoden