DE10043905A1 - Stromkopplung bei der gemischten Simulation von Schaltungen - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Simulation elektronischer Schaltungen und Systeme, die digitale und analoge Schaltungsteile beinhalten, verwendet eine Kombination aus Analog- und Digital-Simulation. Zur Schnittstellenanpassung der beiden Simulationsarten wird zwischen einem Anschluß eines analog simulierten Schaltungselements und einem Anschluß eines digital simulierten Schaltungselements ein Mittel zum Transportieren von Stromwerten zwischen den Schaltungselementen eingesetzt.

Description

Mit der zunehmenden Höherintegration und einer ständig stei­ genden Komplexität der Schaltkreise nimmt auch der Anteil des Schaltungsentwurfs an den Entwicklungs- und Herstellungszei­ ten elektronischer Schaltkreise ständig zu. Aus diesem Grunde ist die Reduzierung der Entwurfszeiten ein wichtiges Ziel bei der rechnergestützten Entwicklung von Schaltkreisen.

Die rechnergestützte Entwicklung von Schaltkreisen geht aus von einem gedanklichen Schaltkreiskonzept und umfaßt die Schritte des Niederschreibens dieses Schaltkreiskonzepts in einer geeigneten Hardware-Beschreibungssprache (z. B. VHDL oder SPICE) unter Verwendung von Modellen, der Simulation des modellierten Schaltkreises, der Synthese eines Schaltkreis- Designs (Erstellung einer synthetisierten Netzliste), der Re- Simulation des synthetisierten Designs (Post-Layout Simula­ tion) und der Programmierung eines geeigneten Chip-Herstel­ lungsgerätes.

Die Gesamtprozeßfolge wird auch als "Design Flow" bezeichnet. Im folgenden wird ausschließlich der Simulationsschritt im Design Flow betrachtet.

Es sind verschiedene Verfahren zur Simulation elektronischer Schaltungen bekannt, die sich hinsichtlich der verwendeten Schaltungsbeschreibungsebenen und Simulationsebenen unter­ scheiden. Die Schaltungsbeschreibungsebenen können unter­ schiedlich fein sein und korrespondieren mit den an sie ange­ paßten Simulationsebenen. Durch die Verwendung von mehreren Schaltungsbeschreibungsebenen bei der Modellierung eines De­ signs kann der Rechenaufwand für die Schaltungssimulation we­ sentlich verringert werden.

Die Beschreibung einer Schaltung auf der Systemebene erfolgt mittels sogenannter HLL-Konstrukte, z. B. IF. . .THEN. . .ELSE. . . Mit dieser funktionellen Beschreibung werden funktionelle Zu­ sammenhänge des Schaltungsmodells mit diskreten Werten für Signale und Zeit simuliert. Die Signale können abstrakt als Variable realisiert werden. Beispiele für die Systemsimulati­ on sind Warteschlangen und Rechnerkommunikation.

Die sogenannte Register-Transfersimulation wird auf der Block-Ebene oder Register-Transferebene durchgeführt. Die Schaltung wird in Funktionsblöcke aufgelöst und das Zusammen­ spiel der Blöcke simuliert. Die Beschreibung erfolgt eben­ falls mittels HLL-Konstrukten oder mittels funktionellen Blöcken, z. B. RAM, ALU, ROM. Zur Simulation wird die funktio­ nelle Beschreibung des Eingangs-/Ausgangsverhaltens mit dis­ kreten und vorgegebenen Zeitbedingungen erstellt.

Die Beschreibung einer Schaltung auf Gatter- oder Logikebene erfolgt einerseits mittels funktioneller Blöcke, z. B. RAM, ROM oder andererseits mittels Gattern, wie z. B. NAND, AND, OR, NOT. Die logische Beschreibung dieser Blöcke oder Gatter enthält Boolesche Gleichungen und Verzögerungszeiten. Es wird mit diskreten Werten (Booleschen Variablen) und diskreten Zu­ ständen, z. B. 0, 1, X (X bezeichnet einen unbestimmten Zu­ stand) gearbeitet. Die Simulation des Zeitverhaltens von Lo­ gikschaltungen wird durch die Zuordnung von Verzögerungszei­ ten zu Gattern ermöglicht.

Die sogenannte Switch Level Ebene ist besonders für die Be­ handlung von MOS-Schaltungen geeignet. Die Beschreibung eines Schaltungsmodells auf dieser Ebene erfolgt mittels Transisto­ ren als Schalter. Für die Transistoren werden nur die Zustän­ de leitend, gesperrt und offener Eingang berücksichtigt. Das entspricht den diskreten Signalwerten 0, 1 und X an den Kno­ ten.

Auf der Circuit- oder Transistorebene wird die Schaltung durch elektrische Bauelemente (Widerstände, Kapazitäten, Transistoren,. . .) und deren Verknüpfungen beschrieben. Die Beschreibung des Verhaltens erfolgt mittels zeitabhängiger, kontinuierlicher physikalischer Größen wie z. B. Strom I(t), Spannung U(t) und Ladung Q(t). Für die Bauelemente (z. B. Transistoren) sind unterschiedliche Ersatzschaltungen (Modelle) wählbar, wodurch unterschiedliche Genauigkeiten bei der Simulation erzielt werden können.

Bei der Simulation auf der Bauelemente-Ebene (Device-Ebene) werden ausschließlich einzelne Bauelemente wie z. B. Transi­ storen oder Dioden betrachtet. Die Funktionsweise der Bauele­ mente wird durch genaue numerische Modelle dargestellt.

Zur Simulation der beschriebenen Schaltungsebenen stehen zwei grundsätzlich unterschiedliche Simulationsverfahren zur Ver­ fügung, welche als Digital- bzw. Analog-Simulation bezeichnet werden.

Die Digital-Simulation betrifft im wesentlichen die System-, Register-Tranfer- und Logik-Ebene. Mit Hilfe der Digital- Simulation kann der Anwender seinen Logikentwurf verifizie­ ren, d. h. überprüfen, ob die in der Hardware-Beschreibungs­ sprache formulierte Schaltung die gewünschten logischen Schaltungsfunktionen erfüllt. Die Simulation erfolgt auf der Basis der Ereignissteuerung, d. h. es werden Änderungen von Ausgangssignalen nur bei denjenigen Schaltungselementen (neu) berechnet, an deren Eingängen eine Änderung der Eingangs­ signale beim Übergang vom vorherigen Ereignis zum aktuellen Ereignis auftritt. Die Beschreibung der Schaltungselemente erfolgt, wie bereits erwähnt, zumeist mit der Hardware-Be­ schreibungssprache VHDL.

Die Analog-Simulation erstreckt sich ebenfalls über mehrere Systemebenen (Circuit- und Device-Ebene). In erster Linie wird unter Analog-Simulation die Simulation auf der Circuit- Ebene verstanden. Ebenso wie bei der Digital-Simulation kann der Anwender mit Hilfe der Analog-Simulation sowohl die Funk­ tion des Schaltungsentwurfs, d. h. die Übereinstimmung der lo­ gischen Schaltungsfunktionen mit Hilfe vorgegebener Boole­ scher Funktionen, als auch das Zeitverhalten des Schaltungs­ entwurfs verifizieren. Im Gegensatz zur Digital-Simulation werden bei der Analog-Simulation den Signalen jedoch von vornherein kontinuierliche bzw. sehr fein abgestufte diskrete Zahlenwerte (Gleitkommazahlen) zugeordnet. Auf diese Weise können analoge Signale (Spannung, Strom) dargestellt werden, aus denen Pegelwerte oder Flankensteilheiten abgelesen werden können, welche zur Beurteilung der simulierten Bauelemente (Transistoren, Kondensatoren, Induktoren. . .) benötigt werden.

Für die Simulation komplexer Gesamtschaltungen ist eine ge­ mischte Simulation erforderlich. Unterschiedliche Schaltungs­ teile werden den genannten Schaltungsbeschreibungsebenen zu­ geordnet und abhängig von der Schaltungsbeschreibungsebene entweder analog oder digital simuliert. Die gleichzeitige analoge und digitale Simulation wird auch als "Mixed-Mode-" Simulation bezeichnet. Bei der Mixed-Mode-Simulation stellt sich das Problem, auf welche Weise Simulationsergebnisse, die bei der einen Simulationsart ermittelt wurden, der anderen Simulationsart verfügbar gemacht werden können.

Bisher erfolgt die Übergabe von Signalinformation zwischen den beiden Modulationsarten auf der Basis von Spannungswer­ ten. In EP 0 481 117 ist ein Verfahren beschrieben, mit wel­ chem kontinuierliche Spannungswerte, die bei der Analog- Simulation gewonnen werden, in binäre Spannungs-Eingangswerte für die digitale Simulation umgewandelt werden können, bzw. binäre Ausgangspannungswerte der digitalen Simulation in kon­ tinuierliche Spannungswerte für die analoge Simulation umge­ wandelt werden können. In beiden Fällen wird zur Signaltrans­ formation ein Koppelelement verwendet, das zwischen einem Ausgang (bzw. Eingang) des analog simulierten Schaltungsele­ ments und einem Eingang (bzw. Ausgang) des digital simulier­ ten Schaltungselements eingesetzt wird. Im ersten Fall ist das Koppelelement durch einen Komparator realisiert, über dessen Eingang ein Lastwiderstand liegt. Der Komparator wer­ tet eine analoge Signalfunktion aus und generiert binäre Zu­ standsübergänge, wenn definierte Komparatorschwellen von der Eingangs-Signalstärke über- oder unterschritten werden. Im zweiten Fall ist das zwischen einem Ausgang eines digital si­ mulierten Schaltungselements und dem Eingang eines analog si­ mulierten Schaltungselements angeordnete Koppelelement durch eine steuerbare Spannungsquelle mit einem steuerbaren Innen­ widerstand modelliert. Die Spannung und der Innenwiderstand der steuerbaren Spannungsquelle ergeben sich dabei aus dem digitalen Spannungssignal, dessen Signalstärke sowie den vom Anwender spezifizierten Technologieparametern (Signalamplitude, Potentiallage, Flankensteilheit).

In vielen Fällen reicht es für die Simulation der Gesamt­ schaltung jedoch nicht aus, eine Kopplung analog und digital simulierter Schaltungsteile allein auf der Basis von Span­ nungssignalen zu betrachten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die unterschiedlichen Schaltungsteile eine Strom­ kopplung aufweisen, d. h. ihr Zusammenwirken und ihre Funktion von der Höhe der Ausgangs- bzw. Eingangsströme abhängig ist. Um diese Probleme zu umgehen, wurde bisher versucht, die Grenzlinie zwischen den analog simulierten Schaltungsteilen und den digital simulierten Schaltungsteilen so zu legen, daß die Grenzlinie Schaltungsteile mit möglichst geringer Strom­ kopplung separiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, mittels welchem die Mixed-Mode-Simulation beim Vorhan­ densein von stromgekoppelten analog bzw. digital simulierten Schaltungsteilen verbessert wird.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch das Mittel zum Transportieren von Stromwerten zwischen analog und digital simulierten Schaltungselementen wird er­ reicht, daß Schaltungsfunktionen, die durch das Vorhandensein bzw. die Größe der zwischen den Schaltungselementen transpor­ tierten Ströme beeinflußt werden, sowohl bei der Analog- Simulation als auch bei der Digital-Simulation berücksichtigt werden können. Dadurch wird die Schnittstellenanpassung zwi­ schen analoger und digitaler Simulation auf den Transport von Strömen erweitert.

Vorzugsweise wird das Mittel zwischen einem Ausgang eines di­ gital simulierten Schaltungselementes und Eingängen eines analog simulierten Schaltungselementes als eine Stromquelle speisend eine Parallelschaltung aus einem ersten Widerstand und einer ersten Kapazität modelliert. Der von der Stromquel­ le erzeugte Strom wird dabei direkt von dem in dem digital simulierten Schaltungselement berechneten Stromwert vorgege­ ben.

Bezüglich der Schnittstellenanpassung in der entgegengesetz­ ten Richtung kennzeichnet sich eine vorteilhafte Verfahrens­ maßnahme dadurch, daß das Mittel zwischen Ausgängen eines analog simulierten Schaltungselementes und einem Eingang ei­ nes digital simulierten Schaltungselementes als eine Strom­ senke umfassend eine Parallelschaltung eines zweiten Wider­ stands und einer zweiten Kapazität modelliert ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in die­ ser zeigt:

Fig. 1 eine komplexe elektrische Schaltung, die sich aus verschiedenen Schaltungsteilen zusammensetzt;

Fig. 2a ein Ersatzschaltbild eines Koppelelements für die Schnittstellenanpassung zwischen einem Ausgang ei­ nes digital simulierten Schaltungselements und ei­ nem Eingang eines analog simulierten Schaltungsele­ ments; und

Fig. 2b ein Ersatzschaltbild eines Koppelelements für die Schnittstellenanpassung zwischen einem Ausgang ei­ nes analog simulierten Schaltungselements und einem Eingang eines digital simulierten Schaltungsele­ ments.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer elektrischen Schaltung, welche insbesondere als integrierter Schaltkreis (IC) reali­ siert ist. Die elektrische Schaltung umfaßt einen A/D- Umsetzer, einen D/A-Umsetzer, eine Logikeinheit, einen Spei­ cher sowie einen Mikroprozessor µp oder Mikro-Controller µC.

Beim Entwurf einer derartigen Schaltung werden die unter­ schiedlichen Schaltungsteile zunächst in einer geeigneten Hardware-Beschreibungssprache kodiert und nachfolgend zur Überprüfung des kodierten Schaltungsentwurfs simuliert. Zur Kodierung der Logik- und Speicherbausteine kann beispielswei­ se die VHDL-(very high speed integrated circuits hardware description language-)Hardware-Beschreibungssprache einge­ setzt werden. Die Beschreibung des Mikroprozessors bzw. des Mikro-Controllers erfolgt auf Bauteilebene unter Verwendung von Modellen (C-Code-Routinen), welche für die Simulation mittels eines Analog-Simulators, z. B. einem SPICE-(simulation program with integrated circuit emphasis) ähnlichen Simulator vorgesehen sind.

A/D-Umsetzer und D/A-Umsetzer können sowohl in VHDL als auch in SPICE-Modellen beschrieben werden.

Für die ergebnisgesteuerte Simulation eines bestimmten Schal­ tungselements (das Bestandteil des digital zu simulierenden Schaltungsteils der Gesamtschaltung ist) werden die folgenden Programmeingaben für VHDL benötigt:

• - der VHDL-Programmcode für das Schaltungselement;
• - eine Listung der Eingänge des Schaltungselements;
• - eine Listung der Ausgänge des Schaltungselements; und
• - die Elementdaten.

Die Elementdaten geben an, welche physikalischen Größen bei der Simulation des Schaltungselements berücksichtigt werden und in welcher Darstellung diese physikalischen Größen bei der Simulation behandelt werden. Bezüglich der Darstellung der physikalischen Größen (d. h. des Wertevorrats der Signal­ werte) wird zwischen Typen und Untertypen unterschieden. Als Typen stehen unter anderem die Booleschen Werte (0,1), Inte­ gerwerte (-2147483648,.., 2147483647), sog. Aufzählungstypen ('0', '1', 'X', 'H', 'L', 'W', 'U', 'Z') und Gleitkommazah­ lenwerte (-1.0E308,. .,1.0E308) zur Verfügung. Zur gezielten Einschränkung der Wertemenge von Typen werden Untertypen ver­ wendet. Untertypen können beispielsweise Integerwerte in ei­ nem Bereich von 0 bis 1024, die wichtigsten Aufzählungstypen ('0', '1', 'X') oder bestimmte Gleitkomma-Zahlenintervalle sein.

Typen und Untertypen können unterschiedlichen physikalischen Größen (Signale) zugeordnet sein. Beispiele hierfür sind Spannung und Strom, aber auch mechanische Größen wie Druck oder Kraft und thermische Größen wie z. B. der Wärmefluß. Bei der Simulation der Schaltung werden nur die für notwendig er­ achteten Typen und Untertypen berücksichtigt, um den Simula­ tionsaufwand so gering wie nur möglich zu halten. Für die An­ gabe der an den Eingängen und Ausgängen des Schaltungsele­ ments auftretenden Signale reicht in vielen Fällen z. B. die Angabe eines digitalen Spannungswertes (0 oder 1) aus.

Die Durchführung der digitalen Simulation erfolgt in der Wei­ se, daß zunächst die Liste der Eingänge und Ausgänge (sogenannte Netzliste) des zu simulierenden Schaltungsele­ ments sowie die Elementdaten (Typen, Untertypen) eingelesen werden und nachfolgend die Simulation auf der Basis des Schaltungscodes unter Abarbeitung einer sogenannten Ereignis­ liste (Eventlist) vollzogen wird. Als Ereignis wird eine be­ stimmte, vorgegebene Belegung der Eingangsanschlüsse bezeich­ net. Sämtliche im Rahmen der Simulation zu untersuchenden Er­ eignisse sind in der Ereignisliste aufgelistet. Bei der Simu­ lation wird zunächst das erste Ereignis aus der Ereignisliste ausgelesen und die Eingangsanschlüsse des Schaltungselements werden entsprechend belegt. Das Schaltungselement wird auf der Basis seines Hardware-Schaltungscodes simuliert und die Werte der Ausgangsanschlüsse werden untersucht. Sofern sich ein oder mehrere Signalwerte der Ausgangsanschlüsse geändert haben, wird eine Simulation der an die geänderten Ausgangsan­ schlüsse angeschlossenen Schaltungselemente durchgeführt. In der gleichen Weise werden weitere Folgeereignisse berücksich­ tigt. Nachdem sämtliche Folgeereignisse bezüglich des simu­ lierten Schaltungsteils (d. h. der von diesem Schaltungsteil umfaßten Schaltungselemente) ermittelt und aufgezeichnet sind, ist die "Reaktion" des simulierten Schaltungsteils auf das diesem Simulationszyklus zugrundeliegende Ereignis be­ kannt. Die Simulation wird nun fortgesetzt, indem das nächste Ereignis aus der Ereignisliste ausgelesen und einem darauf­ folgenden Simulationszyklus zugrundegelegt wird.

Die Digital-Simulation ist beendet, wenn das letzte Ereignis aus der Ereignisliste abgearbeitet ist.

Im folgenden wird die Durchführung der Analog-Simulation auf der Circuit-Ebene erläutert. Zur Beschreibung des elektri­ schen Verhaltens eines Schaltungselements auf der Circuit- Ebene werden die folgenden Programmeingaben benötigt:

• - eine Liste, welche die verschiedenen Schaltungselemente und ihre Verbindungen untereinander beschreibt;
• - ein Satz von Modellen, wobei jedes Modell ein Schaltungse­ lement beschreibt; und
• - Angaben über den Typ der Analyse, der für das betreffende Schaltungsteil durchgeführt werden soll.

Jedes Schaltungselement wird dabei als System von Zwei- Polelementen (Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten, unab­ hängige Spannungs- und Stromquellen, spannungsgesteuerte bzw. stromgesteuerte Spannungs- und Stromquellen) realisiert. Die Modellierung der einzelnen Zwei-Polelemente erfolgt durch so­ genannte charakteristische Gleichungen für die den Elementen zugeordneten Kantenspannungen oder Kantenströme. Komplexere Schaltungselemente wie beispielsweise MOSFETs können durch Ersatzschaltungen aus mehreren Zwei-Polelementen dargestellt werden. Die Vernetzung der Zwei-Polelemente einer Schaltung wird als Kopplung der entsprechenden charakteristischen Glei­ chungen mittels der beiden Kirchhoffschen Gesetze für die Kantenspannungen und die Kantenströme dargestellt. Die Lösung dieses Systems aus gekoppelten Differentialgleichungen er­ folgt numerisch zu diskreten Zeitpunkten (Transientenanalyse). Zur Durchführung der Analog-Simulation kann entweder eine Ereignissteuerung (es werden nur die Ele­ mentfunktionen derjenigen Schaltungselemente berechnet, an deren Eingängen eine Änderung der Eingangssignale auftritt) oder eine Steuerung verwendet werden, bei der zu jedem be­ trachteten Zeitpunkt und/oder bei jeder Versorgung der Ein­ gänge mit einem neuen Datensatz eine Berechnung aller Ele­ mentfunktionen (d. h. eine Berechnung des kompletten Modells) vorgenommen wird.

Die Analog- und Digital-Simulation weisen für ihre Kopplung Unterschiede in bezug auf die Behandlung von Signalwerten an den Eingängen bzw. Ausgängen der jeweiligen Schaltungselemen­ te und in bezug auf die Zeitbehandlung der Signalwerte auf. Hinsichtlich der unterschiedlichen Zeitbehandlung ist entwe­ der die kontinuierliche Zeitbehandlung der Analog-Simulation an die diskrete Zeitbehandlung der Digital-Simulation oder die diskrete Zeitbehandlung der Digital-Simulation an die kontinuierliche Zeitbehandlung bei der Analog-Simulation an­ zupassen.

Im folgenden wird die gegenseitige Anpassung der Digital- und Analog-Simulation in bezug auf die erfindungsgemäße Übertra­ gung eines Signalwertes für die physikalische Größe Strom be­ schrieben.

Zur Schnittstellenanpassung zwischen digital bzw. analog si­ mulierten Schaltungsteilen sind, wie bereits erwähnt, Koppe­ lelemente vorgesehen, welche eine Stromsignaltransformation zwischen den digital simulierten und den analog simulierten Schaltungsteilen vornehmen. Hierbei wird jede Verbindung zwi­ schen dem analog simulierten Schaltungsteil und dem digital simulierten Schaltungsteil getrennt behandelt und umgesetzt.

Zunächst wird anhand Fig. 2a die Stromsignaltransformation eines Stromwertes von einem digital simulierten Schaltungse­ lement zu einem analog simulierten Schaltungselement be­ schrieben.

In einem ersten Schritt wird das für die Signaltransformation verwendete Koppelelement definiert. Die Definition erfolgt auf der Basis von Zwei-Polelementen, wie sie für die Hard­ ware-Beschreibung der analog simulierten Schaltungsteile ein­ gesetzt wird. Das D/A-Koppelelement 1 besteht aus einer stromgesteuerten Stromquelle 2, an deren Ausgangsanschlüsse ein ohmscher Widerstand 3 mit dem Widerstandswert R1 und ein Kondensator 4 der Kapazität C1 angeschlossen sind. Die beiden Anschlüsse 5a und 5b stellen die zwei Pole dieses Zwei- Polelements dar. Wie im folgenden noch näher beschrieben, wird die stromgesteuerte Stromquelle 2 direkt durch ein Simu­ lationsergebnis (Stromwert) gesteuert, welches im Rahmen der Digital-Simulation berechnet wird. Der Widerstandswert R1 und der Kapazitätswert C1 sind durch den Benutzer definierbar und ermöglichen es, das von dem analog simulierten Schaltungsele­ ment aus "gesehene" Verhalten des digital simulierten Schal­ tungselements so zu modulieren bzw. schnittstellenmäßig anzu­ passen, als ob ein realistischer, nicht-modellierter analoger Schaltkreis angebunden wäre. Als Anfangswerte für den Wider­ standswert R1 wird der Wert ∞ und als Ausgangswert für die Kapazität wird der Wert 0 verwendet. Dies bedeutet, daß es sich bei der Stromquelle um eine ideale Stromquelle handelt.

Zur Schnittstellenanpassung in der entgegengesetzten Richtung (von dem analog simulierten Schaltungselement zu dem digital simulierten Schaltungselement) wird eine zweipolige Strom­ senke 6 eingesetzt, siehe Fig. 2b. Die Stromsenke 6 weist auf ihrer Eingangsseite zwei Anschlüsse 5a', 5b' auf, an welche ein zweiter ohmscher Widerstand 7 sowie ein zweiter Kondensa­ tor 8 in Parallelschaltung angeschlossen sind. Der ohmsche Widerstand des zweiten Kondensators 7 wird mit R2 bezeichnet, die Kapazität des zweiten Kondensators 8 ist C2.

Die Werte für R2 und C2 können wiederum von dem Anwender be­ nutzerdefiniert vorgegeben werden. Analog zu der Situation bei der Signaltransformation in Gegenrichtung werden die Wer­ te in der Weise gewählt, daß das analog simulierte Schaltung­ selement an seinen Ausgängen 5a' und 5b' eine Schalt­ kreischarakteristik sieht, welche von dem digital simulierten Schaltungselement in der Realität erzeugt werden würde. Im idealen Fall betragen die Werte R2 und C2 jeweils den Wert 0. Der Stromwert kann nun unmittelbar an dem Koppelelement 6 ab­ gegriffen werden. Da bestehende Modelle nur den Abgriff von Spannungsstufen erlauben, ist es möglich, den durch die Stromsenke 6 fließenden Strom durch Verwendung einer nicht idealen Stromsenke mit einem kleinen Widerstandswert R2 (d. h. R2 ist klein gegenüber dem Innenwiderstand des modellierten Schaltungselements) zu ermitteln und gemäß dem Ohmschen Ge­ setz I = U/R2 zu berechnen (dabei bezeichnet I den Strom durch das Zwei-Polelement 6 und U bezeichnet die Spannung über den beiden Anschlüssen 5a' und 5b').

Die Benutzerdefinierbarkeit der Werte R1, C1 und R2, C2 er­ möglicht es dem Anwender, diese in Form von Technologie- Parametern zu wählen.

Ein zweiter Schritt betrifft die Modellierung der Schaltungs­ beschreibung für den Digital-Simulator. In diesem Schritt werden Ausgangs- und Eingangsanschlüsse definiert, die mit dem analog simulierten Schaltungselement in Verbindung ste­ hen. Diesen Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen wird die phy­ sikalische Größe Strom in Form eines Untertyps (als Gleitkom­ mazahl) zugeordnet. Damit weist jedes digital simulierte Schaltungselement, welches über Stromkopplung mit einem ana­ log simulierten Schaltungselement verbunden werden soll, ei­ nen zusätzlichen Ausgangs- und einen zusätzlichen Eingangsan­ schluß für ein Stromsignal (in Form einer Gleitkommazahl) auf. Der durch die Hinzufügung entsprechender Elementdaten geschaffene (simulierte) Schaltungsabschnitt der digital si­ mulierten Teilschaltung ist durch die Bezugszeichen 9 (D/A- Schnittstelle) und 10 (A/D-Schnittstelle) in Fig. 2a, 2b ver­ anschaulicht.

Es ist auch möglich, den zusätzlichen Ausgangs- bzw. Ein­ gangsanschlüssen mit der Untertypdeklaration "Strom" Integer­ werte im digitalen Bereich zuzuordnen. Die Umsetzung (Mapping) der übertragenen Gleitkommazahlen in Integerwerte erfolgt dann in den Schaltungsabschnitten 9 bzw. 10. Um eine ausreichende Auflösung bzw. Genauigkeit im digitalen Bereich zu erhalten, muß in diesem Fall als Einheit der Integerwerte ein kleiner Stromwert, z. B. 1 nA, definiert werden.

In einem dritten Schritt wird die Analog- und Digital- Simulation gleichzeitig durchgeführt, wobei die bisher ledig­ lich Spannungswerte berücksichtigende Kopplung nunmehr auf die Kopplung von Strömen erweitert wird. Dabei wird durch Wahl geeigneter Parameterwerte R1, R2, C1, C2 die Stromkopp­ lung zwischen den beiden simulierten Schaltungselementen ge­ steuert. Bei der Simulation der Gesamtschaltung können somit Stromkopplungseffekte unterschiedlicher Kopplungsstärke be­ rücksichtigt, ausgewertet und bei der späteren Schaltungssyn­ these gezielt ausgenutzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Form einer Software (d. h. eines Computer-Programms) realisiert sein, welche auf einem üblichen Computer ablauffähig ist. Die Software umfaßt einen Analog- und einen Digital-Simulator, wie sie beispiels­ weise durch die Programme SPICE und Verilog (VHDL) kommerzi­ ell erhältlich sind. Basierend auf diesen beiden Simulations­ programmen umfaßt das erfindungsgemäße Softwareprodukt ferner eine Anpassungsroutine, mittels welcher die Schnittstellenan­ passung zwischen dem Analog- und dem Digital-Simulator vorge­ nommen wird. Die Anpassungsroutine unterstützt den Anwender bei den bezüglich des Digital- und des Analog-Simulators vor­ zunehmenden Anpassungen (Schritt 1, 2, und 3) sowie z. B. durch die Bereitstellung einer Eingabemöglichkeit für die Schnittstellenparameter R1, R2, C1, C2 bezüglich sämtlicher zu berücksichtigenden Stromkopplungspunkte.

Claims (9)

1. Verfahren zur Simulation elektronischer Schaltungen und Systeme, die digitale und analoge Schaltungsteile beinhalten, durch eine Kombination aus Analog- und Digitalsimulation, wo­ bei zur Schnittstellenanpassung der beiden Simulationsarten zwischen einem Anschluß eines analog simulierten Schaltungse­ lements und einem Anschluß eines digital simulierten Schal­ tungselements ein Mittel zum Transportieren von Stromwerten (1, 9; 6, 10) zwischen den Schaltungselementen eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zwischen einem Ausgang eines digital simu­ lierten Schaltungselements und Eingängen (5a, 5b) eines analog simulierten Schaltungselements als eine Stromquelle (2) speisend eine Parallelschaltung aus einem ersten Wider­ stand (3) und einer ersten Kapazität (4) modelliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zwischen Ausgängen (5a', 5b') eines analog simulierten Schaltungselements und einem Eingang eines di­ gital simulierten Schaltungselements als eine Stromsenke (6) umfassend eine Parallelschaltung eines zweiten Wider­ stands (7) und einer zweiten Kapazität (8) modelliert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation für die Parameter Stromstärke, Wi­ derstand und Kapazität des Transportmittelmodels aenutzer­ definierte, insbesondere Technologie-abhängige Werte ge­ wählt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Modell eine ideale Stromquelle (1) mit einem un­ endlich hohen Wert (R1) des ersten Widerstands (3) und ei­ ner ersten Kapazität (4) des Wertes (C1) Null gewählt wer­ den.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Modell eine ideale Stromsenke (6) mit einem zweiten Widerstand (7) und einer zweiten Kapazität (8) je­ weils des Wertes (R2, C2) Null gewählt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Modell eine quasi-ideale Stromsenke (6) mit ei­ nem gegenüber dem Innenwiderstand des modellierten analogen Schaltungselements kleinen Widerstandswert R2 gewählt wird, und
daß der Stromwert I durch die Gleichung I = U/R2 berechnet wird, wobei U der über der Stromsenke (6) bei der Analogsi­ mulation berechnete Spannungswert ist.

8. Computerprogrammprodukt, das in den internen Speicher ei­ nes Computers geladen werden kann, und das in einer Hardware- Beschreibungssprache gefaßte Computerprogrammcode-Abschnitte aufweist, welche eine Analogsimulation von Schaltungsteilen, eine Digitalsimulation von Schaltungsteilen sowie einen Code- Abschnitt zur Definion, insbesondere Parametrisierung, eines Modells für ein Stromtransportmittel (1, 9, 6, 10) zwischen Anschlüssen der simulierten Schaltungsteile betreffen.

9. Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Parameter Stromstärke, Widerstand und Kapazität der Modelle Werte gewählt werden, die eine ideale Strom­ quelle (1) bzw. eine ideale Stromsenke (6) charakteri­ sieren.