Unijni matematycy układają łamigłówkę projektowania częstotliwości radiowych
Naukowcy z Europy połączyli swoje kompetencje i pomysły, aby opracować i wdrożyć algorytmy zintegrowanej symulacji oraz narzędzia prototypowe, aby przezwyciężyć przeszkody w istniejących i przyszłych projektach częstotliwości radiowych. Wyniki stanowią dorobek projektu ICESTARS (Układ scalony/symulacja elektromagnetyczna oraz technologie projektowe dla zaawansowanych systemów chipów radiowych), który został dofinansowany na kwotę 2,8 mln EUR z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (TIK) Siódmego Programu Ramowego (7PR). Konstrukcja RFIC (układy scalone na częstotliwość radiową) jest obecnie zintegrowana z cyfrowymi i analogowymi modułami na tej samej matrycy, stawiając poważne wyzwania przed istniejącymi narzędziami symulacyjnymi. Projektowanie częstotliwości radiowych, napędzane zapotrzebowaniem rynku na większe prędkości przesyłu i większe możliwości produktów końcowych, przechodzi na wyższe zakresy częstotliwości i rozwija się pod względem złożoności. Procesy rozwoju automatyzacji projektowania elektronicznego (EDA) i projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) - niezbędne do projektowania układów scalonych na częstotliwości radiowe - oraz leżąca u ich podstaw matematyka są już same w sobie skomplikowane. Rozwiązania tych problemów wymagają zatem nowych podejść do modelowania, nowych rozwiązań matematycznych i cyfrowych symulacji z zastosowaniem mieszanych sygnałów analogowych i cyfrowych. Tutaj właśnie zaczyna się rola ICESTARS, konsorcjum pięciu wiodących, europejskich instytutów matematycznych, dwóch przedsiębiorstw produkujących półprzewodniki i dwóch dostawców oprogramowania. "Zaawansowanie projektowanie częstotliwości radiowej w superwysokich i ekstremalnie wysokich częstotliwościach wymaga nowych architektur aparatów nadawczo-odbiorczych i narzędzi CAD, gdyż dzisiejsze narzędzia EDA nie nadają się pod względem funkcjonalnym do odpowiedniego rozwiązania problemów symulacyjnych w przypadku projektów w wysokich częstotliwościach" - mówi Jan ter Maten ze spółki NXP Semiconductors, holenderskiego producenta półprzewodników i partnera konsorcjum ICESTARS. "Projekt zajmuje się badaniami nad skutecznym połączeniem domeny częstotliwości, odpowiedzialnej za projektowanie częstotliwości radiowej bezprzewodowych systemów nadawczo-odbiorczych, z domeną czasu, w ramach której opracowywane jest przetwarzanie sygnału cyfrowego i logika sterująca - wyjaśnia, dodając że - w ramach analizy elektromagnetycznej (EM) i sprzężonej analizy układu EM zajmujemy się 'komunikacją' warstwy fizycznej (takiej jak mapowanie urządzeń) i matematycznej." Do rozwiązania tych zagadnień zespół posłużył się zmodyfikowanymi algorytmami. Równania matematyczne, takie jak zwykłe równania różniczkowe (ODE), równania algebraiczno-różniczkowe (DAE) oraz cząstkowe równania algebraiczno-różniczkowe (PDAE) stanowią podstawę analiz w domenach czasu i częstotliwości. Niemniej naukowcy zmodyfikowali je, aby objąć nimi rozszerzone funkcjonalności w celu opracowania nowych algorytmów spełniających wymagania symulacji układów pracujących na częstotliwości powyżej 3 gigaherców (GHz). Na przykład w przypadku wzajemnej symulacji części cyfrowych i analogicznych częstotliwości radiowej, same tylko standardowe techniki domeny czasu są zdecydowanie niewystarczające. Dlatego partnerzy ICESTARS opracowali i z powodzeniem przetestowali prototyp analizy adaptacyjnej opartej na fali elementarnej - całkowicie nowy algorytm symulacji układu. W symulacji układ-obwiednia, wejściowe kształty fal są przedstawiane jako nośniki częstotliwości radiowej z obwiedniami modulacyjnymi. Wbudowując system równań DAE w cząstkowe równania DAE udało się sformułować w ramach projektu ogólne ramy matematyczne, które można dostosować do rozmaitych klas układów częstotliwości radiowej. Rozszczepiający się optymalny czas dynamiczny umożliwia efektywną symulację częstotliwości lub amplitudy modulowanych sygnałów. Adaptacyjność - dynamiczne dostosowanie symulujące do odpowiedzi częstotliwościowej na przykład wzmacniaczy, filtrów lub mikserów, pod względem parametrów sieciowych lub szumu uzależnionego od częstotliwości - stanowiła sedno badań nad domeną częstotliwości w ramach projektu. Naukowcy uzyskali przyzwoite szacunki początkowych warunków analizy odkształceń oscylatorów swobodnych oraz - po raz pierwszy - w ramach projektu ICESTARS prawdziwie rodzajowe multi-urządzenie, tak zwany algorytm VoHB, zostało zakodowane i przetestowane pod kątem układów większych niż zwykłe wzmacniacze jednotranzystorowe. Aby wykazać funkcjonowanie tych i innych koncepcji opracowanych przez naukowców, zostały one z powodzeniem poddane testom przez partnerów przemysłowych oraz Uniwersytet Dolnej Austrii.
Kraje
Austria, Niderlandy