Soutenance mémoire
Les progrès accomplis en VLSI ont permis de combiner sur un même système les deux sous-systèmes analogiques et numériques. Les concepteurs de circuits électroniques intègre des System on Chip (SOC) et des ASIC (Application Specific Integrated Circuit) mixtes c’està-dire intégrant des fonctions analogiques et numériques. Les simulateurs sont devenu les outils principales dans la phase de conception, ceci dans l’objectifs de minimiser le coût et le temps de la conception et afin d’obtenir des circuits répondant aux spécifications des cahier des charges.
Ces nouvelles tendances font que les simulateurs traditionnels sont limités en performances, un circuit complexes nécessite un temps de simulation très important, de plus le système doit être soit à temps discret pour le cas d’un système numérique, soit à temps continu pour un système analogique, soit les deux en même temps, et ce comportement doit aussi être compréhensible par le simulateur. Les dernières générations de simulateurs : les simulateurs mixtes analogique numérique sont apparus avec le développement des langages de description matérielle tel VHDL, qui présente les avantages de supporter la description de systèmes électronique à la foisnumériques et analogiques mais aussi d’autres systèmes tels que l’électromécaniques, thermique, hydraulique,etc.…. Et aussi de renforcer la cohérence des outils logiciels utilisés pour la simulation et la synthèse, de supporter plusieurs niveaux d’abstraction et autorise des descriptions hiérarchiques .
Introduction à la conception de système
Les simulateurs sont les outils essentiels d’aide à la conception et validation d’un système électronique. Ces simulateurs sont basés autour de quatre ensembles de données et programmes :
– Le moyen de décrire le système à simuler : langage de description ;
– La description du système : modèle ;
– La description des interfaces du système avec l’extérieure : entrée et sortie ;
– Le mécanisme de simulation du système : simulateur.
La simulation
La simulation est essentielle dans la conception de circuits en tant qu’outil de validation des choix du concepteur. Pour des raisons de compétitivité, elle doit être la plus rapide et la plus fiable possible. Suivant le type du système, on distingue généralement trois catégories de simulateurs:
– les simulateurs analogiques ;
– les simulateurs numériques ;
– et les simulateurs mixtes analogique numérique.
La simulation analogique
Elle traite des signaux continus dans le temps et est utilisée pour déterminer les performances électriques des circuits. On l’appelle aussi simulation électrique. La référence en matière de simulateur analogique de circuits intégrés est le programme SPICE, développé à l’université de Berkeley. Il existe actuellement de nombreuses versions industrielles de ce programme basées sur le même langage de description structurelle SPICE. La première étape de la simulation analogique consiste en la mise en équation du réseau électrique par application des lois de Kirchhoff. La taille du système d’équations est une fonction exponentielle du nombre de noeuds et conditionne fortement la vitesse de simulation. Le simulateur procède ensuite en la résolution d’équations différentielles et algébriques linéaires ou non linéaires. Les solutions sont des tensions entre les nœuds du circuit et les courants entre les branches du circuit.
Plusieurs types d’analyse peuvent être réalisés pour étudier le comportement du circuit :
– Analyse DC : étude du point de fonctionnement du circuit qui correspond à un régime permanent.
– Analyse temporelle : étude de la réponse temporelle du circuit.
– Analyse AC : étude de la réponse fréquentielle ou petits signaux, pour laquelle le circuit est linéarisé autour du point de fonctionnement. Les analyses de bruits, la définition des pôles et zéros peuvent être aussi effectuées à l’issue d’une analyse AC.
– Analyse statistiques : détermination de la dispersion des performances du circuit en fonction des fluctuations statistiques de paramètres de conception. Cette étude permet ensuite de définir la valeur nominale des composants pour obtenir un rendement optimal. Un grand nombre de simulations sont ici requises.
La simulation numérique
Elle manipule des signaux discrets et quantifiés (0,1, indéterminé ou X,..) et se caractérise par une très grande rapidité. La simulation est basée sur l’exécution conditionnelle et itérative d’équations logiques dépendantes dans un temps discrétisé. Ainsi un simulateur numérique doit avoir une notion de temps c’est-à dire maintenir un compteur de temps, le temps physique courant, et attribuer une date physique à chaque évènement au sein de la simulation. [2] Le pas de simulation n’a pas de valeur temporelle physique intrinsèque. C’est un intervalle de temps virtuel ou symbolique, appelé souvent delta, dont la durée est nulle et qui ne sert qu’à ordonner les évènements simultanés. Pendant un delta, le temps physique ne s’écoule pas.
La simulation procède par pas :
– soit en incrémentant le temps symbolique (delta) jusqu’à ce que l’état du circuit se stabilise. Les évènements traités sont alors simultanés d’un point de vue temporel physique
– soit en sautant directement à la date physique du prochain évènement prévu, si plus aucun évènement n’est prévu pour la date physique actuelle.
Les affectations de variables doivent être instantanées si les variables sont locales à un processus (programme séquentiel), et différés à la fin du delta courant si ces variables sont des signaux de communication entre processus. Chaque processus est une boucle infinie qui doit être stoppée par un point d’arrêt implicite ou explicite, sinon le temps physique ne s’écoule pas. Ce point d’arrêt définit une liste de sensibilité. Un processus n’est alors exécuté (réveillé) que lors d’un évènement portant sur un signal membre de cette liste de sensibilité.
La simulation analogique numérique
La simulation mixte analogique numérique permet d’étudier le comportement temporel de systèmes complexes. Au vu du Tableau 1, la simulation mixte analogique numérique doit procéder suivant trois phases :
– la phase d’élaboration : les blocs analogiques et numériques constituant le circuit mixte est partitionné dans cette phase. Chaque partie sera traitée par les algorithmes correspondants. La correspondance des données entre les algorithmes analogiques et digitaux est assurée par des modèles plus ou moins élaborés de convertisseurs A/D et D/A placés entre les deux parties.
– la phase d’initialisation : elle correspond à la détermination de l’état initial des grandeurs mises en jeu (tensions, courants, états logiques). Ceci correspond à une analyse DC et est indispensable pour le simulateur analogique. Pour le simulateur numérique, cela peut correspondre soit à une initialisation (solution au temps 0), soit au temps au bout duquel un état stable est trouvé.
– et la phase de simulation : résolution des problèmes de synchronisation des algorithmes électriques et numériques, qui ont des gestions différentes du pas de temps.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1: INTRODUCTION À LA CONCEPTION DE SYSTÈME
I-Introduction
II-La simulation
2.1-La simulation analogique
2.2-La simulation numérique
2.3-La simulation analogique numérique
III-Les différents types de langage de description
3.1-Les langages de description logicielle
3.2-Les langages de description matérielle
IV-La description du système : modèle
4.1Les différents niveaux de description
4.2Modélisation d’un système
V-Méthodologies de conception
5.1- Objectifs d’une méthode de conception
5.2- Les différentes méthodes de conception
VI-Conclusion
CHAPITRE 2: PRÉSENTATION DU LANGAGE VHDL-AMS
I-Introduction
II-Environnement de travail VHDL-AMS
III-Structure des modèles VHDL-AMS
3.1-Déclaration d’entité
3.2-Déclaration d’architecture
IV-Les avantages du langage VHDL-AMS
V-Exemples de modèles VHDL-AMS
5.1Modèle physique :modèle d’une résistance
5.2Modèle comportemental d’un circuit : comparateur de tension
VI-La simulation VHDL-AMS
6.1Les différentes étapes de la simulation
6.2Quelques simulateurs VHDL-AMS
VII-Conclusion
CHAPITRE 3: LA MODÉLISATION COMPORTEMENTALE
I-Généralités
1.1Introduction
1.2Définition de la modélisation comportementale
1.3Caractéristiques d’un modèle comportemental
II-Méthodologie de modélisation comportementale
2.1Approche schématique
2.2Approche fonctionnelle
2.3Simulation des modèles
2.4Comparaison entre les approches schématique et fonctionnelle
III-Conclusion
CHAPITRE 4: APPLICATION À LA MODÉLISATION COMPORTEMENTALE D’UN SYNTHÉTISEUR DE FRÉQUENCE
I-Généralités
1.1Introduction
1.2Principe de fonctionnement
II- Modélisation des blocs constituant le synthétiseur de fréquence
2.1 Comparateur de phase
2.2Pompe de charge
2.3Filtre passe-bas
2.4Diviseur de fréquence fractionnaire
2.5Oscillateur contrôlé en tension (VCO)
III-Simulation du modèle comportemental du synthétiseur de fréquence
3.1Détermination des paramètres génériques du synthétiseur de fréquence
3.2Simulation du synthétiseur de fréquence
IV- Conclusion
CONCLUSION
