Richard perdriau*/ Mohamed ramdani



Yüklə 445 b.
tarix28.10.2017
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Modélisation VHDL-AMS haut niveau de l’activité en courant des mémoires en vue de l'optimisation de la compatibilité électromagnétique

  • Richard PERDRIAU*/**

  • Mohamed RAMDANI*

  • Jean-Luc LEVANT***

  • Anne-Marie TRULLEMANS**

  • *École Supérieure d’Électronique de l’Ouest - Angers

  • **DICE – Université Catholique de Louvain – Louvain-la-Neuve

  • ***ATMEL - Nantes


Présentation

  • Objectif

    • Pourquoi modéliser l’activité interne d’un µC ?
    • Pourquoi VHDL-AMS ?
  • Méthodologie globale

    • Principe
    • Validation
  • Simulation de la SRAM

    • Extraction
    • Modélisation
    • Résultats
  • Conclusion



Objectif

  • Caractérisation CEM d’un CI : modèle ICEM

    • Eléments passifs (réseau d’alimentation)
    • Générateur de courant interne


Objectif

  • Caractérisation CEM d’un CI : modèle ICEM

    • Eléments passifs
      • Ne dépendent pas de l’activité interne (sauf capacités dynamiques MOS dans Cb)
      • Extraits par mesures (publications avec J. L. Levant, M. Ramdani)
    • Générateur de courant interne
      • Dépend de l’activité
      • Pire cas : difficile à modéliser mais très utile
      • La simulation doit être rapide mais pas nécessairement précise (20 % suffit)
  • -> extraction du générateur équivalent

    • Cas concret : microcontrôleur 8 bits (avec SRAM)


Objectif

  • Comment obtenir cette activité ?

  • -> par mesures

    • Une fois le circuit fondu : moins utile
    • Comment trouver le pire cas ?
  • -> par simulation

    • Avant la fonderie : beaucoup plus intéressant
    • Niveau structurel (transistors)
      • Outils de type SPICE
      • Très lente (~ 1000 heures)
    • Niveau comportemental
      • Moins précise mais beaucoup plus rapide (~ 10 minutes)
      • Utilisation d’un langage de description


Objectif

  • Quel langage ?

    • VHDL-AMS
      • Standard (IEEE 1076.1)
      • Compatibilité ascendante avec les modèles standard VITAL (VHDL Initiative Towards ASIC Libraries) pour les mémoires
      • Compatibilité ascendante avec les modèles standard VHDL du cœur
      • Permet d’ajuster les modèles à partir des simulations structurelles
      • Inclus dans la proposition de norme ICEM
  • -> méthodologie de simulation pour la modélisation VHDL-AMS



Méthodologie envisagée

  • Environnement de simulation

    • Microcontrôleur
      • Cœur 8051 ATMEL (~ 25000 portes)
      • EEPROM programme 32 Ko (~ 150000 portes)
      • SRAM données 1,2 Ko (~ 18000 portes)
    • Outils
      • ADVance-MS Mach (Mentor Graphics) v2.0
        • ADVance-MS : compilateur/simulateur VHDL-AMS
        • Mach : simulateur structurel rapide (10~12x plus rapide qu’Eldo)


Méthodologie : 3 étapes

  • Extraction du courant : cœur seul

    • Utilisation de modèles numériques de mémoires couplés à une netlist cœur au niveau transistor


Méthodologie : 3 étapes

  • Extraction du courant : cœur seul

    • Courant consommé uniquement par le cœur
    • Pourra inclure les éléments parasites RC après placement/routage
    • Utilisation de modèles VITAL standard
    • Convertisseurs A/N et N/A décrits en VHDL-AMS
    • Possibilité de faire tourner du code machine : dépendances logiciel <-> consommation
    • Comparaison avec les mesures en mode RESET (pas de mémoires impliquées)


Méthodologie : 3 étapes

  • Extraction du courant : cœur/mémoires (1)

    • Utilisation de modèles VHDL-AMS des mémoires couplés au cœur au niveau transistor


Méthodologie : 3 étapes

  • Extraction du courant : cœur et mémoires (1)

    • Première étape : modélisation comportementale de la consommation de courant des mémoires
      • Sera évoquée ultérieurement
      • Accélère la simulation d’un facteur 1000 ou plus
    • Remarque : faible influence de l’EEPROM sur le courant
    • Deuxième étape : couplage avec le cœur
    • Permet les comparaisons avec les mesures réelles en mode RUN


Méthodologie : 3 étapes

  • Extraction du courant : cœur/mémoires (2)

    • Modèles VHDL/AMS du cœur et des mémoires


Méthodologie : 3 étapes

  • Extraction du courant : cœur et mémoires (2)

    • Le plus difficile : modélisation comportementale du cœur
      • Dépend du logiciel
    • Etude de faisabilité encore à mener


Validation de la méthodologie

  • Etude du cœur en mode RESET



Simulation de la SRAM

  • Caractéristiques de la SRAM

    • 1280 octets (~ 18000 portes)
    • Technologie 0,35 µm
    • 4 blocs de 80 rangées et 4 colonnes chacun
    • Décodage d’adresses sur 7 bits
      • 2 décodeurs 2 bits (Y et Z) simples
      • 1 décodeur 3 bits X faisant partie du chemin critique


Simulation de la SRAM

  • Principe de la simulation

    • Netlist au niveau transistor
    • Testbench écrit en VHDL


Simulation de la SRAM



Simulation de la SRAM

  • Modèle VHDL-AMS

    • Modèle événementiel
    • Prise en compte séparée des décodeurs et des cellules mémoire
    • Formes d’onde de type PWL
    • Rapide


Simulation de la SRAM

  • Résultats de simulation

    • Rapport des temps de simulation : environ 1000/1
    • Bonne précision sur les temps de montée
    • Prise en compte des décodeurs d’adresses


Simulation de la SRAM

  • Courant externe

    • Méthode
      • Modèle VHDL-AMS du courant interne
      • + éléments passifs extraits par mesure
    • Filtrage du bruit
    • Corrélé par la mesure
      • Comparaison entre accès Flash (code) uniquement et accès Flash + SRAM
      • Différence de consommation avec accès SRAM : ~ 2 mA


Conclusion

  • Proposition d’une méthodologie pour l’extraction du courant dynamique

    • Du niveau transistor au modèle comportemental
      • Utilisation de VHDL-AMS
      • Accélération de la simulation (facteur > 1000)
      • Inclusion dans le modèle ICEM
    • Avenir
      • Amélioration des modèles comportementaux SRAM
        • Meilleure modélisation du décodeur X
        • Prise en compte du mode lecture
      • Inclusion des parasites RC dans les simulations cœur
      • Proposition d’un modèle comportemental « simple » du cœur
      • Normalisation des modèles comportementaux en courant : ICEM-IP


Pour en savoir plus …

    • Proposition de norme ICEM : IEC 62014-3
      • Voir site Web UTE ou INSA Toulouse
    • Proceedings de la conférence EMCCompo 2002
      • http://www.insa-tlse.fr/~emccompo/program.htm
    • Conférence EMCCompo 2004 à l’ESEO (31/03 et 01/04)
      • http://www.emccompo.org
      • http://emccompo.eseo.fr



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