Die Designerteams müssen sich nicht nur in den Bereichen Digital, Analog, HF, MEMS, Chiplayout und Simulation auskennen, sondern sollten auch die Umgebungsbedingungen der anvisierten Applikationen, wie zum Beispiel Temperatur, Vibration und Druck exakt erfassen und analysieren. Und dann muss man noch den harten Bedingungen des geringen Leistungsverbrauchs gerecht werden.
Top-Down-Design
Um diese Komplexität zu bewältigen, bietet Mentor Graphics den IoT-Schaltungsentwicklern eine komplette Systemdesignlösung unter der Bezeichnung Tanner IoT Designflow an, der in einem speziellen Whitepaper eingehend erläutert wird. Moderne IoT-IC-Designs erfordern, dass alle vier Designbereiche (Erfassung, Simulation, Layout, 3D-Analyse) so abgestimmt werden, dass sie problemlos zum Beispiel während des Layouts und der Verifikation miteinander arbeiten – was auf einem Die besonders wichtig ist. Die Tanner-lösung bietet ein Top-Down-Design, das alle vier Designbereiche effizient vereint.
Der angebotene Designflow erfasst mit S-Edit das Design von jeder gegebenen Zelle mit mehreren Abstraktionsebenen, während der Designer dabei entscheidet, welche Ansicht für eine Simulation verwendet wird. S-Edit erzeugt zudem die komplette Verilog AMS Netlist und übergibt sie an T-Spice.
Hilfe durch T-Spice
T-Spice fügt automatisch A/D-Verbindungsmodule hinzu und teilt dann das Design für die Simulation auf. T-Spice simuliert anschliessend den Analogteil (SPICE und Verilog-A) und übergibt dann das RTL an ModelSim für die Digitalsimulation weiter. Tanner Eldo HF bietet die HF-Verifikation für die IoT-Komponenten, und zwar durch die Anwendung von bestimmten Algorithmen, um die Low-Power-Signale in diesen Komponenten genau und effizient zu bewerten.
Dieses Tool bietet zahlreiche Analysemöglichkeiten, und zwar HF-spezifische Funktionen sowie Optimierungsalgorithmen, die sich auch für unterschiedliche Schaltungstypen eignen. Zu den Analysefunktionen gehören unter anderem:
- Shooting Method/Periodic Steady State (PSS)
- Modulated Steady-State Analysis with RF/Baseband Partitioning
- Multi-Tone Steady-State Analysis (Harmonic Balance)
Mit L-Edit wird dann das physikalische Design abgeschlossen. Damit kann man dann das Layout der Analog- und MEMS-Komponenten für ein IoT-Design durchführen. Die parametrisierte Layout Library mit bekannten MEMS-Komponenten und eine echte Kurvenunterstützung vereinfachen ein MEMS-Layout. Das «Tanner Calibre One»-Verifikationssystem übernimmt schliesslich die physikalische und Schaltungsverifikationen.
Implementierung des MEMS-Sensors oder -Aktors
Ein besonders wichtiger Aspekt eines IoT-Designs ist die Implementierung des MEMS-Sensors oder -Aktors. Es könnte zum Beispiel sein, dass ein Design einen magnetischen Aktor enthält, der aus einer Spule und einem beweglichen Paddel besteht, das an einer Feder aufgehängt ist. Der Designer könnte ein 3D-Modell des magnetischen Aktors mit einem 3D-Analysesystem erstellen und dann die dynamischen Reaktionen bei unterschiedlichen Strömen analysieren. Aber für die Herstellung des Aktors benötigt man eine zweidimensionale Layoutmaske, wobei die Ableitung einer 2D-Maske von einem 3D-Modell jedoch sehr fehlerbehaftet ist.
Eine bessere Lösung ergibt sich, wenn der Designer dem «Mask forward Flow» folgen würde. Der Aktor wird dann nicht nur richtig funktionieren, sondern lässt sich dann auch erfolgreich herstellen.
Embedded Softwarelösungen für IoT-Entwicklungen
Mentor Embedded bietet ein Portfolio von Echtzeitbetriebssystemen und Tools an, die die Entwicklung von Embedded Software für IoT-Komponenten erlauben. Zur Auswahl steht zum Beispiel das skalierbare Mentor Embedded Nucleus RTOS für besonders ressourcenknappe und mit Batterien betriebene IoT-Komponenten. Oder man denkt an das Embedded Linux für IoT-Komponenten, die eine umfangreiche Applikationsumgebung und Zugriff auf Open-Source-IPs und Entwickler-Communities erfordern.
Weitere Themen des Whitepapers «Driving Intelligence to the IoT Edge invents a new Breed of Designers» sind die Systemexploration und Dokumentationslösungen sowie alle Aspekte des PCB-Designs. Das Dokument steht auf der Polyscope-Homepage zum kostenlosen Download bereit.
Whitepaper: 03_17.01.pdf
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