VHDL-AMS. Anwendungen und industrieller Einsatz von Yannick Herve. Oldenbourg Verlag München Wien

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1 VHDL-AMS Anwendungen und industrieller Einsatz von Yannick Herve Oldenbourg Verlag München Wien

2 Inhalt Vorwort des Herausgebers der deutschen Ausgabe Begleitwort Vorwort Danksagungen XI XIII XV XVII 1 Industrielle Anforderungen und das Entstehen eines Standards Die Herausforderungen der modernen Elektronik Die elektronische Industrie Der Planungsablauf Der Entwicklungsablauf bei integrierten Schaltkreisen Allgemeine Methoden im Überblick Die neuen Anforderungen Die Bedeutung eines Standards Geschichtliches Was ist eine Hardwarebeschreibungssprache (HDL)? Die Grenzen der bestehenden Werkzeuge Einige Werkzeuge VHDL-AMS: Möglichkeiten und Einschränkungen VHDL-AMS: Vorteile und Nachteile Wirtschaftliche Vorteile Technische Vorteile Nachteile 21

3 VI Inhalt Einleitung für die Kapitel 2 und 3 25 t 2 Die Grundlagen von VHDL-AMS Aufbau eines Modells Verwendung von Simulatoren Strukturierung von Bibliotheken Bezeichner und Zahlen Starke Typisierung Deklaration von skalaren Typen Deklaration der zusammengesetzten Datentypen Dateien und Zeiger Von der Norm vordefinierte Typen Untertypen Initialisierung von Objekten Aggregate, qualifizierte Ausdrücke, Typkonversionen Die sechs Objektklassen Konstanten Variable Signale Terminals Quantities Semantik der Verbindungen Ereignisgesteuerte Verbindungen Verbindungen vom Typ Signalfluss Anschlüsse vom konservativen Typ Hybride Verbindungen Operatoren Die Anweisungen der Sprache Sequenzielle Anweisungen Nebenläufige Anweisungen Simultane Anweisungen Intanzuerung von Komponenten Vordefinierte Attribute Synchronisation des Simulatorkerns Die Lösbarkeitskriterien Deklarationsbereiche und Sichtbarkeit der Objekte Erste Beispiele Ein kombinatorisches digitales Modell: NAND-Gatter 76

4 Inhalt vn Ein sequentielles digitales Modell: D-Flip-Flop 77 2J4.3 Einfache analoge Modelle: Widerstand, Kondensator und Induktivität Serien- und Parallelschaltung: RLC-Glieder Idealer Sinusgenerator Parametrisierte Diode [DAC99] Das elektrothermische Modell der parametrisierten Diode [DAC99] Übungen Richtig oder falsch? RS-Latch JK-Flip-Flop Zähler Modell eines Widerstands Spannungsteiler Spannungsgesteuerter Spannungsteiler PTC-Widerstand Transformator Lösungen der Übungen Richtig oder falsch? RS-Latch JK-Flip-Flop Zähler Modell eines Widerstands Spannungsteiler Spannungsgesteuerter Spannungsteiler PTC-Widerstand Transformator Weiterführende Funktionen von VHDL-AMS Was zu erklären bleibt ALIAS, Selbstdefinierte ATTRIBUTe GROUP BLOCK GENERATE Unterprogramme: Funktionen und Prozeduren Analysebereiche und Quellquantities POSTPONED TOLERANCE Ergänzungen zu den Deklarationen von Signalen und aufgelösten Signalen Aufgelöste Signale 112

5 VIII Inhalt \ Ergänzungen zur Signaldeklaration 114 3*11 Packages Konfigurationen Konfiguration als Design-Unit Eingebettete Konfigurationen Die Attribute von VHDL-AMS Die vollständige Liste Details einiger wichtiger Attribute Die Standard Packages und die Werkzeuge Wie laufen VHDL-AMS Modelle auf einem Simulator ab? Kompilation, Elaboration, Simulation, Auswertung Simulationszyklen Anfangsbedingungen Die interaktive Grammatik im BNF-Format Weiterführende Beispiele Modell eines endlichen Zustandsautomaten: Komparator mit Hysterese Analoges Modell mit Diskontinuitäten: idealer Thyristor Übertragungsstrecke Bipolartransistor Phasenregelschleife Version Phasenregelschleife Version Übungen Richtig oder Falsch? JK-Flip-Flop mit Selbsttest und Optimierung im Hinblick auf kurze Simulationszeiten N-Bit Register Genetischer Zähler Schnittstelle mit 1-Bit Breite zwischen digitalem und analogem Bereich (Synchronisation der Simulatorkerne) Interface zwischen analogem und digitalem Bereich IBit/N Bit Widerstand mit Rauschen Frequenz- und Rauschanalyse Filter Misch-Funktion Spannungsquelle zum Test von Transistoren Lösungen der Übungen Richtig oder Falsch? JK-Flip-Flop mit Selbsttest und Optimierung im Hinblick auf kurze Simulationszeiten N-Bit Register 153

6 Inhalt IX Generischer Zähler 154 3^19.5 Schnittstelle mit 1-Bit Breite zwischen digitalem und analogem Bereich (Synchronisation der Simulatorkerne) Interface zwischen analogem und digitalem Bereich IBit/N Bit Widerstand mit Rauschen Frequenz- und Rauschanalyse Filter Misch-Funktion Spannungsquelle zum Test von Transistoren Industrielle Anwendungen Erprobte Methoden und Verfahren Modularisierung Testungen Generics, Konfigurationen, Generate-Anweisung Testbenches für Fortgeschrittene Anwendungen aus der industriellen Praxis Intellectual Property Verbindung mit Herstellverfahren Logiksynthese und VHDL' Grenzen, Fallen und Irrtümer Gleichungen mit Dimensionen Gleichungen mit partiellen Ableitungen Sprachvorgaben für Verbindungen Fehlerquellen Beziehungen zu den Simulationsalgorithmen Fehlende WAIT-Statements Die Unstetigkeit: Falle an der Schwelle Quantitäten und BREAK-Statements Methodische Fehler und scheinbare Zeitersparnis Weiterführende Anwendungen Physikalischer Photonendetektor mit Auswerteelektronik N-Körper-Problem Zellulärer Automat Vernetzte Nanostrukturen Auflösung von Gleichungen mit partiellen Ableitungen Analog-Digital-Umsetzer nach dem Sigma-Delta-Prinzip Beispiel eines integrierten Systems Schluss 211..

7 X Inhalt Anhang A: Glossar 213 Anhang B: Werkzeuge und Hilfsmittel 217 Anhang C: Abstraktionsebenen 223 Anhang D: Schlüsselworte, Grammatik und Attribute von VHDL-AMS 225 Dl Schlüsselworte 225 D2 Die Grammatik 227 D2.1 Schreibweisen 227 D2.2 Liste der Instruktionen 227 D2.3 Die Grammatik mit 284 Regeln 228 D2.4 Die 55 Attribute 242 Anhang E: Packages 245 Bibliografie 253 Index 255 \