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複雑なCMOS回路のトランジェント・ノイズ解析: AMSシミュレーションによる高速/高精度実現テクニック

Posted in: アナログ/ミックスシグナル検証

製造プロセスの微細化が進んだことで、システムLSI設計に実装できるアナログ回路規模が大幅に拡大したことから、アナログ設計者は益々厳しくなる難問に直面しています。特に、回路シミュレーションの能力不足、シミュレーション時間の増大と精度のトレードオフが深刻な問題となっています。

従来のシミュレーションが抱える代表的な問題として、CMOSアナログ回路固有のフリッカーノイズの影響をトランジェント領域でどのように評価するかというものがあります。これまで、この影響を正しく表現、解析することはできませんでした。

当社、株式会社エー・エス・オーでは、ADC.DACなどのデジタル/アナログのインタフェースや高速のデジタル・インタフェースに高い専門性を持って設計開発をしており、いかにして、この領域でのノイズ解析を高精度にシミュレーションできるかを検討して参りました。

この度、メンター・グラフィックス社のEldo Premierの解析機能(.NOISETRANコマンド)を用いて、フリッカーノイズの影響を考慮した大規模アナログ/ミックスシグナル(AMS)回路のトランジェント解析シミュレーションを実施したところ、シリコン上の実測結果との相関性が高い結果が得られました。本稿では、確立したトランジェント・ノイズ解析シミュレーション技術について紹介します。

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Eldo Premierを使用した高性能階層アナログ・シミュレーション

Posted in: アナログ/ミックスシグナル検証

Eldo Premierのアナログ・シミュレータは精度を落とさすことなく性能とキャパシティを改善したいというAMS設計者の一番の関心事に応えます。

Eldo PremierはゴールデンSPICE精度に匹敵する高性能な解法テクニックを使って、レイアウトフェーズの前でも後でも大規模回路の過渡シミュレーションを目覚ましく高速化します。

シングルスレッドとマルチスレッドの両方のシミュレーション速度を改善します。シングルスレッド・シミュレーションの高速化はアナログ・シミュレータが解かなければならない非線形微分方程式のシステム解法テクニックに新しい代数手法を採用することで実現しています。マルチスレッド・シミュレーションの高速化はEldo Premierの新しいシミュレーション・カーネルのネイティブな並列コード特性とその専用データ構造により実現しています。これら2つの高速化要因を組み合わせて、Eldo Classicを大きく上回るシミュレーション速度を達成しています。最も顕著に効果があらわれるのは、ある程度規則的な階層構造を持つ大規模な回路(主にトランジスタ数1万以上)です。

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ADMS RFの概要(デジタルAGCループ)

Posted in: アナログ/ミックスシグナル検証

本稿では、ADVance MS RF(以降、ADMS RFと呼ぶ)の概要について、このツールを使うことによりパフォーマンスと使いやすさの面で利点の大きいケースを例にとって紹介する。多くのデジタル通信システムには、タイトに統合されたRFおよびアナログ/ミックスシグナル、ならびにDSPファンクションが含まれており、そのRFキャリアのため従来の過渡解析には困難が伴った。ADMS RFはこのようなタイプの難しいシミュレーション向けに特に設計されたもので、ADVance MSの持つ優れた能力と、Eldo RFの備える変調定常アルゴリズムの効率性を利用している。

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Bluetooth トランシーバの設計: 複雑なRF ミックスシグナルIC に対するトップダウン設計フローの適用

Posted in: アナログ/ミックスシグナル検証

本稿では、低コスト、低消費電力の無線トランシーバであるBlueTraCの開発において直面した課題について述べる。この複雑なRFミックスシグナル ICの設計にまつわる課題を、トップダウン手法やミックスシグナル/ミックスモード手法、およびビヘイビア・モデリングを使っていかに効果的に解決できるかについて紹介する。これらの手法においては、メンター・グラフィックスの提供する設計フローをそのまま活用した。Spireaの提供する BlueTraCTMはBluetooth 1.1互換のClass 2無線トランシーバである。必要な全てのRFおよびアナログ機能に加えて、このチップには完全なデジタルGFSMモデルも含まれ、このチップを非常に複雑なミックスシグナル(MS)SoCにしている。SoCを構成する各ブロックは、ミックスシグナル用IEEE 1076.1標準モデリング言語であるVHDL-AMSが様々な詳細度および複雑さのレベルで使用された。これにより、トップレベルでの機能検証およびデバッグ、ならびに設計プロセス全体を通じてのサブシステムの詳細なシミュレーションが可能になった。本書では、設計の概念と得られた結果について、性能と精度の観点から説明する。また、スケマティック・ドリブン・レイアウトとプログラマブル・デバイス・ジェネレータを使ったトップダウン方式のカスタム・フィジカル設計フローについても紹介する。

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Eldo RF によるパワーアンプのシミュレーション(ACPR)

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本稿は、Eldo RFを使った、RF回路ブロック(パワーアンプ等)をデジタル変調信号で駆動した場合に生じる複雑な現象であるスペクトラル・リグロース(Spectral Regrowth)を解析する方法について説明する。スペクトラル・リグロース現象の標準的指標としては、ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)が使用される。 ACPRの測定には、現実的なデジタル変調信号の解析を効果的に行うことのできるEldo RFのModulated SST解析(以下Mod SST)を使用した。ACPRを2トーン・テストで見積もることはかなり困難である。実際、2トーン定常解析では粗い近似が必要となり、このような手法で得られたACPRの結果の信頼性には疑問が残る。ACPRを予測するには、現実的なデジタル変調信号を使ったModSST解析の方が格段に高精度な手法である。 本書では、パワーアンプを解析するためのシミュレーションのセットアップ、ゲインとSパラメータの抽出、大信号動作(圧縮)の判定、そして最終的にACPRを予測する方法について説明する。シミュレーションをわかりやすくするため、ネットリストの例も示されている。

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