MATLAB und Simulink gestatten eine umfassende Erkundung des Entwurfsraums sowie das Top-Down-Design von Halbleitern und ermöglichen Ingenieuren durch Kombination verschiedener Modellierungs-Ansätze und Abstraktionsebenen die Zusammenarbeit bei der Beschreibung, Analyse, Simulation und Verifikation ihrer Mehrdomänen-Systeme. Beispiele aus diesem Bereich sind analoge, digitale, HF-, Software- und thermische Systeme, wobei das Abstraktionsniveau von der Transistorebene bis hinauf zur Algorithmenebene reichen kann.
In MATLAB und Simulink definierte Systemmodelle, Verifikations-Umgebungen und Testfälle können auf verschiedene Weise in EDA-Tools wiederverwendet werden, etwa für Ko-Simulationen, den Export von Modellen, Test-Benches und Testvektoren sowie durch Generierung von C- und HDL-Code. Diese unterschiedlichen Wege vereinen Workflows für den Systementwurf, die Verifikation und die Implementierung. Damit erlauben sie Ingenieuren, Iterationen erheblich zu verkürzen sowie das Risiko von Projektverzögerungen zu reduzieren und ermöglichen die kontinuierliche Integration von Änderungen an Spezifikationen und Entwürfen.
„Durch MathWorks-Tools konnten wir die am besten geeigneten Algorithmen ermitteln. Da das Modell wesentlich schneller ausgeführt wurde als unser Schaltkreissimulator, konnten wir Implementierungsfehler viel schneller identifizieren und die Zeit bis zur Marktreife verkürzen.“
Nutzung von MATLAB und Simulink in der Halbleiter-Entwicklung
Entwurf digitaler Systeme
Modellieren und simulieren Sie digitale Systeme mit Algorithmen zur Wireless-, Bild- und Signalverarbeitung, umfangreichen mathematischen und trigonometrischen Funktionen sowie komplexen Logiken zur Zustandsregelung. Sie beginnen damit, Ihre Modelle auf der Abstraktionsebene zu entwickeln, die den geeigneten Kompromiss zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit bietet. Diese schnelle Design Space Exploration hilft Ihnen, die richtigen Entscheidungen zu Systemarchitektur und Quantisierung zu treffen. Vorhandene Verilog®-, VHDL®- and C/C++-Modelle können importiert werden und ermöglichen so eine kontinuierliche Integration.
MATLAB und Simulink gestatten das Hardware-/Software-Co-Design und die Simulation von Systems-on-Chip (SoCs) unter Berücksichtigung der SoC-Architektur sowie von Effekten der Task-Ausführung und des Betriebssystems. Diese Vorgehensweise ermöglicht schon sehr früh im Prozess einer Produktentwicklung hochgetreue Analysen von Softwareleistung und Hardwareverbrauch.
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Fractional-N PLL mit Delta-Sigma-Modulator.
Phasenrauschprofil für einen VCO.
Entwurf von analogen und Mixed-Signal-Systemen
Mit MATLAB und Simulink kombinieren und simulieren Sie analoge, digitale, Software- und HF-Komponenten und beschleunigen die Auslotung verschiedenster Entwurfs-Alternativen und optimieren die Systemleistung.
Analoge und Mixed-Signal-Komponenten wie ADC, PLL, Leistungswandler und SerDes entwerfen Sie ausgehend von MathWorks®-Referenzmodellen und -Bibliotheken. Sie können dabei Kompromisse an der Architektur auf der Systemebene untersuchen, die Auswirkungen physikalischer Störungen (etwa Phasenrauschen, Jitter, Nichtlinearität, Leckeffekte und Timing-Fehler) bewerten und das Schaltungsverhalten unter verschiedensten Bedingungen und Szenarien verifizieren.
MATLAB- und Simulink-Modelle sowie -Test-Benches können in Entwicklungsumgebungen für ICs und PCBs wie Cadence® Virtuoso® AMS Designer und Cadence® PSpice® wiederverwendet werden. Beschleunigen Sie den Implementierungsprozess und schließen Sie die Lücke zwischen Systementwicklung und ASIC-Entwurf.
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IC- und Systementwurf für HF-Systeme
HF-Systeme können Sie auf der Grundlage von Messdaten wie S-Parametern, Spezifikationen in Datenblättern oder physikalischen Eigenschaften entwerfen, analysieren und simulieren. Sie bauen Modelle von RFIC-Transceivern auf und integrieren diese mit digitalen Signalverarbeitungs-Algorithmen und Steuerlogiken, was Ihnen die exakte Simulation adaptiver Architekturen wie automatischer Verstärkungsregelungen (AGC), digitaler Vorverzerrer (DPD) und abstimmbarer Anpassungsnetzwerke ermöglicht. Durch Integration des HF-Frontend mit Antennen-Arrays können Sie Beamforming-Architekturen modellieren, die Nah- und Fernfeldkopplungen berücksichtigen.
MATLAB und Simulink gestatten die Modellierung von HF-Systemen auf verschiedensten Abstraktionsebenen. Die Simulation von Schaltungshüllkurven ermöglicht die hochgetreue Multi-Carrier-Simulation von Netzwerken mit beliebigen Topologien. Harmonic Balance-Analysen berechnen die Auswirkungen von Nichtlinearitäten auf die Verstärkung und auf Intercept-Punkte zweiter und dritter Ordnung (IP2 und IP3). Die Equivalent Baseband-Bibliothek ermöglicht die schnelle zeitdiskrete Simulation zur Validierung der Leistung kaskadierter Single-Carrier-HF-Systeme.
MATLAB bietet zudem mit den LTE-, 5G-, WLAN- und Bluetooth-Standards konforme Funktionen, Apps und Referenzbeispiele für die Modellierung, Simulation und Verifikation unterschiedlichster Kommunikations-Systeme. Mit der Toolbox können Sie Kommunikations-Verbindungen Ende-zu-Ende konfigurieren, simulieren, ausmessen und analysieren. Daneben können Sie Test-Benches zur Verifikation der Konformität Ihrer Entwürfe, Prototypen und Implementierungen mit HF-Standards aufbauen und wiederverwenden.
Batteriemanagement-Systeme
Batteriemanagementsysteme (BMS) sind für den sicheren Betrieb, die Leistung und die Lebensdauer von Batterien unter verschiedenen Lade-/Entlade- und Umweltbedingungen verantwortlich. Die Modellierungs- und Simulations-Funktionen von Simulink ermöglichen die Entwicklung von BMS durch Aufstellung und Parametrisierung von Ersatzschaltkreisen für einzelne Zellen, den Entwurf elektronischer Schaltungen und Steuerlogiken sowie durch automatische Codegenerierung und die Verifikation und Validierung.
Darüber hinaus kann aus Simulink-Modellen C-Code oder HDL für das Rapid Prototyping von Systemen oder Mikrocontrollern generiert werden. So können Sie Echtzeit-Simulationen für Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests durchführen und Ihre Algorithmen vor der Implementierung in Hardware validieren.
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Verifikation
Verifizieren Sie MATLAB- und Simulink-Modelle auf strukturierte Weise durch Definition von ASIC-Verifikationsumgebungen, Testfällen und formalen Eigenschaften. Mit den Regressions-Tools und formalen Engines identifizieren Sie Fehler bereits früh im Entwicklungsprozess. Zur Quantifizierung Ihrer Verifikationsergebnisse stehen Tools zur Messung der Abdeckung und Rückverfolgbarkeit zu Anforderungen bereit.
Systemmodelle, Verifikations-Umgebungen und Testfälle können Sie aus MATLAB oder Simulink in Form von SystemVerilog DPI-C- oder UVM-Komponenten exportieren und sie als Treiber, Prüfkomponenten oder Referenz für HDL-Simulatoren wie Cadence® Xcelium, Siemens® Questa oder Synopsys® VCS einsetzen. Durch HDL-Ko-Simulationen können Sie außerdem MATLAB- und Simulink-Modelle mit deren Darstellungen in Verilog oder VHDL vergleichen.
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RTL-Implementierung
Konzentrieren Sie sich auf die Optimierung der Hardware-Architektur Ihrer Algorithmen anstatt auf die Programmierung: Verfeinern und verifizieren Sie Modelle digitaler Systeme schrittweise und konvertieren Sie sie danach in RTL-Code. Nachdem Sie die Funktionalität der Hardware-Architektur Ihres Algorithmus verifiziert haben, stellt die automatische Codegenerierung sicher, dass die erzeugte Implementierung wie vorgesehen funktioniert. Im Vergleich zur manuellen Programmierung gestattet dieser Workflow nicht nur eine schnellere Auslotung unterschiedlicher Architektur-Optionen, sondern macht den Gesamtprozess agiler und erleichtert die rasche Anpassung an Veränderungen.
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Halbleiterfertigung
Ausbeute ist der zentrale Faktor, auf den es in der Halbleiterindustrie ankommt. Mit MATLAB und Simulink können Sie Systeme entwickeln, integrieren und bereitstellen, die Technologien wie Deep Learning, Predictive Maintenance und Bildverarbeitung nutzen. Diese Systeme können die Ausbeute der Produktion steigern, indem sie die Steuerung von Halbleiterprozessen verbessern, den Wartungsaufwand durch den Einsatz von Fotolithografie-Systemen mit Fehlererkennung reduzieren und die Zuverlässigkeit von Anlagen durch Schätzung der verbleibenden Nutzungsdauer einer Maschine erhöhen.
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Halbleitertests
Nutzen Sie MATLAB zum Bench-Testing von Halbleitern. MATLAB ermöglicht Ihnen die direkte Kommunikation mit Testausrüstung durch Gerätetreiber oder textbasierte Befehle. Die in MATLAB erzeugte Wellenform kann als Stimulus für den zu testenden Entwurf (Design Under Test, DUT) an Messgeräte übertragen werden. Alternativ können Messdaten des DUT vom Instrument erfasst und zur Nachbearbeitung, Analyse und Visualisierung an MATLAB gesendet werden. Zusätzlich können Sie Tests automatisieren, Hardware-Entwürfe verifizieren und auf den LXI-, PXI- und AXIe-Standards basierende Testsysteme aufbauen.
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Verifizieren von Algorithmen auf FPGAs und ASICs
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