Model Engineering in Mixed-Signal Circuit Design: A Guide to Generating Accurate Behavioral Models in VHDL-AMS

مهندسی مدل یک فعالیت مهم در جریان طراحی مدارهای داخلی و سیستم‌های پردازش سیگنال است. با این حال، این فعالیت در مهندسی کامپیوتر به هیچ وجه جدید نیست و در عمل نقش محوری دارد. مهندسی مدل سیستم های دیجیتال مبتنی بر مفاهیم توافق شده انتزاع - erarchies برای بازنمایی اشیاء طراحی و همچنین قدرت بیانی زبان های توصیف سخت افزار (HDL) است. از زمان معرفی تدریجی آنها در طول زمان ثابت شده است که HDL پایه و اساس روش های طراحی و جریان های طراحی مرتبط را تشکیل می دهد. ابزارهای اتوماسیون طراحی برای شبیه‌سازی، سنتز، تولید آزمایش، و آخرین اما نه کم‌اهمیت، برای اهداف اثبات رسمی به شدت بر HDL دیجیتال استاندارد شده مانند Verilog و VHDL تکیه دارند. برخلاف سیستم‌های کاملا دیجیتالی، نیاز فزاینده‌ای به طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های یکپارچه وجود دارد که از بلوک‌های عملکردی سیگنال مختلط بیشتر و بیشتری مانند مبدل‌های A/D و D/A یا حلقه‌های قفل فاز بهره‌برداری می‌کنند. حتی بلوک‌های آنالوگ صرفاً رستاخیز خود را در طراحی سیستم‌های یکپارچه جشن می‌گیرند، زیرا کارایی منحصربه‌فردشان در مورد مصرف برق - به عنوان مثال، الزامات یا محدودیت‌های پیچیدگی در میان است. نمونه هایی از چنین عملکردهای پردازش سیگنال آنالوگ عبارتند از فیلتر کردن یا تهویه سیگنال سنسور. به طور کلی، پردازش سیگنال های آنالوگ و مختلط هنگام اتصال دنیای واقعی (یعنی سیگنال های آنالوگ) با رایانه ها (یعنی پردازش داده های دیجیتال) ضروری است.

Model engineering is an important activity within the design flow of in- grated circuits and signal processing systems. This activity is not new at all in computer engineering, however, and takes a central role in practice. Model engineering of digital systems is based on agreed concepts of abstraction - erarchies for design object representations as well as the expressive power of hardware description languages (HDL). Since their gradual introduction over time HDL have proved to form the foundation of design methodologies and related design flows. Design automation tools for simulation, synthesis, test generation, and, last but not least, for formal proof purposes rely heavily on standardized digital HDL such as Verilog and VHDL. In contrast to purely digital systems there is an increasing need to design and implement integrated systems which exploit more and more mixed-signal functional blocks such as A/D and D/A converters or phase locked loops. Even purely analog blocks celebrate their resurrection in integrated systems design because of their unique efficiency when is comes to power consumption - quirements, for example, or complexity limitations. Examples of such analog signal processing functions are filtering or sensor signal conditioning. In g- eral, analog and mixed-signal processing is indispensable when interfacing the real world (i.e., analog signals) to computers (i.e., digital data processing).