1 27.03.2006A. Plänitz Verteidigung der Studienarbeit Charakterisierung und Modellierung von Analogschaltungen.

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1 1 27.03.2006A. Plänitz Verteidigung der Studienarbeit Charakterisierung und Modellierung von Analogschaltungen

2 2 27.03.2006A. Plänitz Gliederung des Vortrags 1.Technischer Hintergrund »Motivation »Charakterisierung »Schaltungsmodellierung 2.Operationsverstärker »Charakterisierung »Modellierung 3.Softwareentwurf »Analyse »Entwurf »Vorstellung 4.Zusammenfassung Charakterisierung und Modellierung von Analogschaltungen

3 3 27.03.2006A. Plänitz 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 1. Technischer Hintergrund – Motivation Abbildung 1 – allgemeiner Schaltungsentwurfsprozess

4 4 27.03.2006A. Plänitz Charakterisierung Ziel »Bestimmung charakteristischer Kennwerte Messschaltung »Erregung des DUT »Betriebsparameter »Generierung von Kennlinien durch Simulation Extraktionsgleichungen »Berechnung der Modellparameter aus Simulationskennlinien »Extraktionsparameter 1. Technischer Hintergrund – Charakterisierung Abbildung 3 – DUT mit Testbench

5 5 27.03.2006A. Plänitz Schaltungsmodellierung 1. Technischer Hintergrund – Schaltungsmodellierung gewünschte Modelleigenschaften »schnell in der Simulation »einfache Struktur »Vernachlässigung unwichtiger Effekte »hohe Übereinstimmung mit Original Parametrisierbare Verhaltensmodelle Abbildung 2 – Aufbau parametrisierbarer Modelle Ziele der Modellierung »Simulation und Verifikation in akzeptabler Zeit »Top-Down-Entwurfspfad kann konsequent durchgeführt werden »Wiederverwendung und Verkauf von Schaltungskomponenten

6 6 27.03.2006A. Plänitz Bestimmung der Ausgangsimpedanz 2. Operationsverstärker – Charakterisierung Ziel »Bestimmung der Kenngrößen und Extraktion » » » Abbildung 4 – Ersatzschaltung Abbildung 5 – Messschaltung

7 7 27.03.2006A. Plänitz 2. Operationsverstärker – Modellierung Modellierung Modellparameter Modell »Eingangsstufe: »Übertragungsstufe: » Ausgangsstufe: Abbildung 6 – Modell des OPV

8 8 27.03.2006A. Plänitz 3. Softwareentwurf – Analyse Abbildung 7 – prinzipielle Funktionsweise des Werkzeuges Idee

9 9 27.03.2006A. Plänitz 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 10 27.03.2006A. Plänitz 3. Softwareentwurf – Entwurf 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 11 27.03.2006A. Plänitz 3. Softwareentwurf – Entwurf Simulatoranbindung Abbildung 9 – Klassendiagramm Simulatoranbindung Entwurfsmuster Schablonenmethode »Einfache Erweitung externer Werkzeuge möglich Entwurfsmuster Singleton »Sicherung von Zugriffsrechten auf die externen Werkzeuge

12 12 27.03.2006A. Plänitz 3. Softwareentwurf – Vorstellung Abbildung 10 – Bildschirmfoto Charakterisierungsumgebung besondere Merkmale »Intuitive Bedienung »Keine Kenntnisse über Skript- oder Hardwarebeschreibungs­ sprachen notwendig »Simulation und Extraktion auf Knopfdruck »Darstellung und Auswertung der Ergebnisse möglich Charakterisierungsumgebung

13 13 27.03.2006A. Plänitz ** Einbinden des DUT ** YDUT DUT PORT: 0 nvbias nvdd ninp1 ninp2 noutp ** SCHALTUNG ** * Versorgungsspannungen Vddnvdd0 Udd Vbiasnvbias0 Ubias * Eingangsspannungen Vinninp1ninp2 DC Uoffset AC Uin Vcmninp20 Ucm * Ausgangsgrößen Rloadnoutpn6 Rload Vrefn60 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 # 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 – ExtraktionsgleichungenAbbildung 12 – Aufbau der Messschaltung 3. Softwareentwurf – Vorstellung Anlegen einer Testbench »Einfache Erweitung der Testbenchbibliothek möglich »Keine Einschränkung in der Beschreibung von Schaltungsaufbau, Simulatorsteuerung und Extraktionsgleichungen »Kenntnisse in entsprechenden Sprachen nötig

14 14 27.03.2006A. Plänitz 3. Softwareentwurf – Vorstellung Anlegen einer Testbench im Werkzeug Abbildung 13 – Bildschirmfoto Testbench bearbeiten Möglichkeiten »Beliebiges Editieren von Modellen und Testbenches »Copy&Paste

15 15 27.03.2006A. Plänitz 3. Softwareentwurf – Vorstellung Verwaltung der Testbenches Abbildung 13 – Bildschirmfoto TestbenchverwaltungAbbildung 14 – Bildschirmfoto Eigenschaften einer Testbench

16 16 27.03.2006A. Plänitz 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 4. Zusammenfassung