Hardware Reference
In-Depth Information
(U
TP
- Einschaltspannung,
P
- Leitfähigkeitsparameter des PMOS-Transis-
tors). Der gesamte Berechnungsalgorithmus der zeitdiskreten Simulation des
Ringinverters besteht aus einer Anfangswertzuweisung für die Spannungen
über den Lastkapazitäten und einer Schleife »wiederhole für alle Zeitschritte«.
In dieser Schleife ist eine Schleife »wiederhole für alle Inverter« eingebettet.
Im innersten Schleifenkörper werden jeweils die beiden Drain-Ströme und aus
ihnen der Spannungszuwachs über der Kapazität berechnet (Abb. 4.27).
AnfangswertzuweisungandieSpan-
nungenu
C
f¨uralleInverter
Wiederholef¨urjedenZeitschrittn
Wiederholef¨urallef¨unfInverter
Berechnei
DN
(n)
Berechnei
DP
(n)
Berechneu
C
(n+1)
Abb. 4.27. Zeitdiskrete Simulation des Ringinverters aus Abb. 4.26
Die Zeitschrittweite t einer zeitdiskreten Simulation ist so zu wäh-
len, dass sich in einem Zeitschritt die Spannungen über den Kapazitäten
nur geringfügig ändern. Bei einer Gatterverzögerung von 100ps ist für die
Zeitschrittweite ein Wert im Bereich von etwa 1 ps bis 10 ps zu wählen. Bei
einer simulierten Zeit von 1 ns mit t = 1 ps sind 1000 Zeitschritte zu simu-
lieren. In jedem Zeitschritt sind im Beispiel für fünf Inverter insgesamt zehn
Drain-Ströme und fünf neue Spannungswerte zu berechnen. Um das Verhal-
ten einer Schaltung mit 1000 Gattern für eine ganze Sekunde zu simulieren,
wäre der Rechenaufwand 10
12
mal höher. Das bringt auch die schnellsten der
heutigen Rechner an ihre Grenzen. Bei einer ereignisgesteuerten Simulation
derselben Schaltung ist der mittlere zeitliche Abstand für die Neuberechnung
eines Gatterausgabewertes deutlich größer als die Gatterverzögerungszeit, so
dass der Rechenaufwand um mehrere Zehnerpotenzen geringer ist.
Datentypen für die physikalischen Berechnungen
VHDL unterstützt spezielle physikalische Datentypen (vgl. Abschnitt 3.2.3).
Das nahe liegendste wäre, diese zu verwenden. Die physikalischen Typen ha-
ben jedoch einen entscheidenden Nachteil. Es sind ganzzahlige Typen. In den
Gleichungen zur Berechnung der Drain-Ströme sind bis zu drei Faktoren zu
multiplizieren. Angenommen die Spannungswerte werden in Millivolt gezählt,
für den Leitfähigkeitsparameter ist die Basiseinheit 1
V
2
und der Zahlenbe-
reich ist auf integer
6
beschränkt, dann gäbe es z.B. bei folgender Produkt-
bildung einen Zahlenbereichsüberlauf:
6
32-Bit-Zweierkomplementdarstellung
