Históricamente he evitado los temas de señales mixtas, asumiendo que se desvinculan de lo digital y pueden dejarse en manos de los expertos. Esa simple visión ya no se sostiene. Lo analógico y lo digital están cada vez más estrechamente vinculados a través de bucles de control y rutas de datos, lo que requiere un acto de equilibrio cuidadoso en la verificación entre el rendimiento, la precisión y la verificación general basada en métricas.

No es bueno tener mejoras en el soporte para esta área. Una encuesta de Wilson de 2020 informó un aumento significativo en los dobles giros atribuido a problemas analógicos. Peor aún, los clientes de sistemas ahora exigen datos métricos unificados para cobertura, seguridad y energía. Tendremos que salir de nuestra zona de confort digital para comprender mejor los desafíos y soluciones completos de verificación del sistema. Mi agradecimiento a Shekar Chetput (director del grupo de I+D en Xcelium/Mixed Signal) y a Paul Graykowski (director de marketing de productos), ambos en Cadence, por guiarme en este camino. 😊

Controladores de aplicaciones y el desafío de la señal mixta

Los sensores de todo tipo requieren soporte digital para recopilar datos de calibración y compensación de deriva. La calibración también es un factor para las interfaces IO; DDR proporciona un ejemplo familiar. La RF para 5G/6G debe admitir múltiples bandas y formación de haces híbrida, administrada nuevamente desde el dominio digital. Los sistemas de gestión de baterías, esenciales para los vehículos eléctricos, manejan comportamientos sofisticados de carga y uso, como preacondicionamiento, carga rápida, recarga y protección de la batería, todo (lo adivinó) supervisado digitalmente.

Los implantes médicos, sujetos a estándares muy altos de seguridad y confiabilidad, ahora ofrecen comunicación inalámbrica; además, los sensores y actuadores deben verificarse con modelos corporales (redes RC). Las celdas de memoria no volátiles manejan múltiples voltajes y admiten circuitos para lectura, programación y detección de desgaste/error. Incluso el diseño digital depende de circuitos integrados de administración de energía (PMIC) que suministran múltiples voltajes bajo control digital, supervisando escenarios complejos de administración de energía. Estos ahora se extienden a la gestión de alto voltaje en los vehículos eléctricos.

Todos los objetivos tienen en común la necesidad de encontrar un equilibrio entre el mundo analógico/RF, donde los modelos SPICE tienen alta precisión pero ciclos/segundo muy bajos, y el mundo digital con un rendimiento de ciclos/segundo muy alto pero precisión analógica muy baja (0/ 1 para voltaje y sin concepto de corriente o impedancia). La cosimulación es la respuesta obvia, pero no se puede simplemente combinar baja precisión/alto rendimiento y alta precisión/bajo rendimiento. Estos necesitan interfaces inteligentes.

Encontrar el equilibrio correcto

Primero, haga que SPICE funcione más rápido y que la simulación digital sea más precisa. Cadence acelera SPICE a través del simulador Spectre FX, para el cual partes del circuito pueden ejecutarse en cualquiera de los 4 modos, desde precisión analógica total hasta modos progresivamente abstractos que preservan cierto nivel de precisión y comprometen la precisión total.

Para mejorar la precisión en digital, un primer paso es el soporte wreal de Verilog-AMS/SystemVerilog, una señal de número real lo suficientemente buena para interfaces simples. Algo más cercano al modelado analógico es posible a través de modelos de números reales (RNM) respaldados por Verilog/SV nettype, donde una señal se modela como una estructura de voltaje, corriente e impedancia, lo que permite la resolución entre redes conectadas. Cadence proporciona una red RNM tipo EEnet (red eléctricamente equivalente). Con EEnets es posible construir un modelo de comportamiento significativo que ejecute pruebas en órdenes de magnitud más rápido y, al mismo tiempo, pueda acercarse a la precisión del nivel SPICE en algunos casos de uso.

Juntos, los modelos Spectre FX y RNM/EEnet proporcionan un espectro de posibilidades de modelado. Un modelo de comportamiento completo o EEnet puede ser muy útil en el diseño arquitectónico para explorar diferentes opciones sin empantanarse demasiado en los detalles. Cuando los modelos estén disponibles, Shekar me dice que este caso de uso ahora está atrayendo mucha atención.

En una verificación más detallada, mezclar y combinar suele ser ideal: RNM para ciertos bloques analógicos para velocidad y nivel SPICE donde la precisión es importante, como en análisis de sensibilidad frente a variaciones de voltaje y temperatura de suministro, más allá del alcance de los análisis RNM.

La construcción de modelos

Todo esto suena genial, pero ¿de dónde vienen estos modelos? El tipo de red básico es flexible pero de muy bajo nivel y requiere una inversión significativa por parte de un diseñador analógico que no esté familiarizado con SystemVerilog. Cadence tiene una biblioteca estándar EEnet de circuitos base comunes (piense en condensadores, diodos, inductores, dispositivos MOS), también una biblioteca de prueba de módulos de señales mixtas que muestra ejemplos de cómo se utilizan estos componentes. Los diseñadores pueden construir esquemáticamente componentes más complejos utilizando estos componentes.

Shekar me dice que al trabajar con clientes desde los primeros días de EEnet, esta biblioteca base es muy estable y recientemente se lanzó como parte de la aplicación Xcelium Mixed-Signal. Cadence ahora está trabajando en la construcción y revisión de varios componentes de nivel medio (piense en PLL, reguladores de voltaje, ADC, DAC). Sus clientes también están construyendo sus propios componentes de nivel medio, extendiéndolos aún más a funciones más complejas. Parece que la necesidad está impulsando el progreso en lugar de esperar bibliotecas preempaquetadas.

Una breve digresión sobre la estandarización, ya que se dedica un esfuerzo significativo a la construcción de modelos. Lu Dai (presidente de Accellera) me dijo en la DVCon de este año que el grupo de trabajo de señal mixta de Accellera es muy activo y que la demanda de los usuarios es intensa. Cadence participa y tiene una reputación establecida en este dominio, por lo que asumo que sus lanzamientos probablemente se acerquen a lo que finalmente se acuerde en el estándar. Lu advirtió, sin embargo, que algunas solicitudes de actualización de señales mixtas de SV se están moviendo lentamente ya que el estándar SV ahora está bajo IEEE, donde las actualizaciones son poco frecuentes. Accellera está considerando soluciones alternativas.

Automatización de bancos de pruebas, afirmaciones, coberturas, etc.

Un mayor rendimiento de la simulación es siempre un objetivo importante, pero los equipos de verificación de señales mixtas necesitan más. Quieren la automatización que sus pares digitales utilizan habitualmente y han estado presionando mucho para que se extienda a la señal mixta. Con este fin, ya está en marcha un grupo de trabajo UVM-AMS bajo Accellera. Aún no se ha publicado una norma y también hay problemas de programación, pero van por buen camino.

Mientras tanto, los diseñadores y verificadores satisfacen estas necesidades a través de flujos propietarios; Me imagino que estos también están siguiendo la evolución del estándar. Cadence admite la verificación basada en métricas en formato digital y analógico a través de bancos de pruebas UVM, aserciones regulares y aserciones complejas de señales mixtas, junto con aleatorización. Para analógico puro, la cobertura y otros estados se pueden importar desde Virtuoso ADE Verifier a vManager.

En resumen, ha habido avances significativos en la verificación de señales mixtas y hay esperanzas de avanzar a través de la estandarización. La verificación de señales mixtas realmente se está convirtiendo en un socio de primera clase para la verificación digital. Puedes obtener más información sobre la aplicación Xcelium Mixed Signal AQUÍ, el simulador de Spectre FX AQUÍ y un útil seminario web sobre señal mixta. AQUÍ.

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• Fuente: https://semiwiki.com/eda/334146-mixed-signal-verification-is-growing-in-importance/