Matematici finanziati dall'UE risolvono il rompicapo della progettazione delle radiofrequenze
Scienziati in Europa hanno riunito le proprie conoscenze e le proprie idee per sviluppare e impiegare algoritmi integrati di simulazione e prototipi di strumenti per superare le barriere nelle correnti di progettazione delle radiofrequenze, sia presenti che future. Il risultato fa parte del progetto ICESTARS ("Integrated circuit/EM simulation and design technologies for advanced radio systems-on-chip"), che è finanziato nell'ambito del tema "Tecnologie dell'informazione e della comunicazione" (TIC) del Settimo programma quadro (7° PQ) dell'UE con 2,8 Mio EUR. La progettazione di RFIC (circuiti integrati per radiofrequenze) attualmente si integra con moduli digitali e analogici sullo stesso chip, e questo pone grosse sfide agli odierni strumenti di simulazione. Spinte dalla richiesta del mercato di banda larga più alta e di aumentata capacità del prodotto finale, le progettazioni di radiofrequenze si stanno spostando verso gamme di frequenza più alte e una crescente complessità. I processi per sviluppare sia la progettazione e la produzione dei sistemi elettronici (EDA) che la progettazione assistita dal computer (CAD), indispensabili per progettare circuiti integrati per la progettazione di radiofrequenze, nonché la matematica su cui si basano, sono loro stessi complessi. Quindi, le soluzioni a questi problemi necessitano di nuovi approcci per la modellazione, nuove procedure per la soluzione matematica e le simulazioni numeriche con segnali analogici e digitali misti. Ed è qui che è entrato in gioco ICESTARS, un consorzio formato da cinque importanti istituti matematici europei, due aziende produttrici di semiconduttori e due fornitori di software. "Il progresso nella progettazione delle radiofrequenze nella banda delle frequenze super high e extremely high ha bisogno di architetture dei ricetrasmettitori e di strumenti CAD nuovi, poiché gli strumenti EDA attuali non stanno affrontando in modo funzionalmente adeguato le sfide di simulazione della progettazione di alte frequenze," ha detto Jan ter Maten di NXP Semiconductors, un'azienda di semiconduttori olandese partner di ICESTARS. "Le aree di ricerca del progetto sono state l'efficace connessione tra il dominio della frequenza, dove viene solitamente progettata la parte di radiofrequenze dei sistemi di ricetrasmissione wireless, e il dominio del tempo, dove vengono sviluppati l'elaborazione del segnale digitale e la logica di controllo," ha spiegato, aggiungendo che "nell'analisi elettromagnetica (EM) e nell'analisi dei circuiti EM accoppiati noi ci occupiamo della "comunicazione" dello strato fisico (come la mappatura dei dispositivi) e di quello matematico". Il team ha utilizzato algoritmi modificati per affrontare questi problemi. Le equazioni matematiche, come le equazioni differenziali ordinarie (ODE), le equazioni differenziali algebriche (DAE) e le equazioni algebriche e differenziali alle derivate parziali (PDAE), sono la base delle analisi dei domini di tempo e frequenza. Tuttavia, i ricercatori le hanno modificate per includere funzionalità ampliate per sviluppare nuovi algoritmi volti a soddisfare le necessità di simulazione dei circuiti che operano con frequenze oltre 3 Gigahertz (GHz). Ad esempio, quando si affronta la simulazione reciproca delle parti digitali e analogiche della radiofrequenza, le tecniche standard del dominio tempo da sole non sono assolutamente sufficienti. Pertanto, i partecipanti a ICESTARS hanno sviluppato e testato con successo un prototipo di analisi adattiva basata sulle wavelet, un algoritmo completamente nuovo per la simulazione dei circuiti. Nella simulazione circuito-involucro, le forme d'onda in ingresso sono rappresentate come vettori di radiofrequenze con involucri di modulazione. Integrando il sistema delle DAE nelle DAE alle derivate parziali, il progetto è riuscito a formulare uno schema matematico generale che può essere adattato a classi diverse di circuiti a radiofrequenze. Un'ottimale divisione dinamica del tempo consente una simulazione efficiente dei segnali modulati in frequenza o ampiezza. L'adattabilità, ovvero l'adattamento del simulatore dinamico alla frequenza di risposta, ad esempio, di amplificatori, filtri o mixer, in termini di parametri di rete o rumore dipendente dalla frequenza, rappresentava il nucleo della ricerca nel dominio della frequenza all'interno del progetto. I ricercatori hanno ottenuto stime ragionevoli sulle condizioni iniziali per l'analisi della distorsione di oscillatori liberi e, per la prima volta, in ICESTARS, un multi-dispositivo veramente generico, un cosiddetto algoritmo VoHB, è stato codificato e testato per circuiti più grandi rispetto ai semplici amplificatori a singolo transistor. Per dimostrare che queste e altre idee trovate dai ricercatori funzionano, i partner industriali e la Università dell'Alta Austria le hanno testate con successo.
Paesi
Austria, Paesi Bassi