Annegret Plänitz

Studienarbeit

Thema

"Charakterisierung und Modellierung von Analogschaltungen"

Aufgabe

Die Aufgabe "Charakterisierung und Modellierung von Analogschaltungen" entstand in Zusammenarbeit des Fraunhofer Instituts Integrierte Schaltungen, Außenstelle Entwurfsautomatisierung und der Professur Grundlagen der Elektrotechnik.
Im Zuge der stetig steigenden Komplexität des Schaltungsentwurfes forscht das Fraunhofer Institut an Methoden und Werkzeugen zur Unterstützung des Entwurfs von analogen und Mixed-Signal-Schaltkreisen. Dafür wurde bereits eine Vielzahl von analogen Schaltungen synthetisiert. Zur Überprüfung auf Eignung dieser generierten Schaltungen sollte ein Werkzeug entwickelt werden, welches die Schaltungen automatisch charakterisiert, d.h. wichtige Schaltungseigenschaften ermittelt. Weiterhin sollten aus den Charakterisierungsinformationen Verhaltensmodelle der analogen Schaltungen erstellt werden, damit das Schaltungsverhalten auch in komplexen Gesamtsystemen durch Simulation verifiziert werden kann.

Verwendete Technologien

  • Simulations-Werkzeuge von MENTOR GRAPHICS
  • Hardwarebeschreibung in SPICE und VHDL-AMS
  • Java 1.5, TCL, Python

Realisierung

Zur Charakterisierung der analogen Schaltungen wurden Testbenches in SPICE und zusätzliche Postprocessings-Skripte in TCL, bzw. Python entwickelt. Mit Hilfe dieser Testbenches wurden die charakteristischen Eigenschaften, wie z.B. Verstärkung, 3dB-Frequenz, Offsetspannung etc., von Operationsverstärkern per Simulation bestimmt. Aus den gewonnenen Eigenschaften wurde ein allgemeines Verhaltensmodell für Operationsverstärker in VHDL-AMS erstellt.
Dazu wurde ein Werkzeug in Java entwickelt, welchen den Prozess der Charakterisierung und Modellierung unterstützt. Dieses Werkzeug bietet eine einheitliche Oberfläche zur Simulation, zur Auswertung der Ergebnisse und zur Verwaltung und Beschreibung der Testbenches. So können schnell und ohne Kenntnisse über entsprechende Skript- oder Hardwarebeschreibungssprachen Charakterisierungs- und Modellierungsaufgaben durchgeführt werden.
Zur Simulation und Auswertung der Kennlinien wurden die Werkzeuge ADVanceMS und EZWave von MENTOR GRAPHICS eingebunden, zur Darstellung der Kennlinien wurde das JAVA-Framework MScope aus dem am Fraunhofer Institut entwickeltem Werkzeug Moscito verwendet.
Screenshot Bestimmung der Ausgangsimpedanz

Bsp. einer OPV-Charakterisierung

Screenshot Charakterisierungsumgebung

Charakterisierungsumgebung

Weitere Informationen

Die Studienarbeit wurde im März 2006 erfolgreich abgeschlossen.