Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme

Modellierungs- und Simulationsmethoden zur effizienten und vollständigen Systemcharakterisierung

Exakte Simulation von Phasenregelschleifen zur Takt- und Datenrückgewinnung

Vergleich zwischen dem realen Verhalten der Steuerspannung einer CDR-PLL mit Hogge Phasendetektor in CMOS und dem simulierten Verlauf.
© Fraunhofer ENAS
Vergleich zwischen dem realen Verhalten der Steuerspannung einer CDR-PLL mit Hogge Phasendetektor in CMOS und dem simulierten Verlauf.
Vereinfachtes Blockschaltbild eines typischen Phasenregelkreises zur Takt- und Datenrückgewinnung.
© Fraunhofer ENAS
Vereinfachtes Blockschaltbild eines typischen Phasenregelkreises zur Takt- und Datenrückgewinnung.

Der Bedarf an immer schnelleren Technologien für die Datenübertragung wächst jährlich rapide an. Die dafür eingesetzten Kommunikationssysteme zur Takt- und Datenrückgewinnung, wie Phasenregelschleifen (PLL) werden in asynchronen Kommunikationsverfahren benötigt. Dessen Modellierung und Optimierung als Mischsignalsysteme stellt aber, aufgrund des komplexen Verhaltens, eine Herausforderung dar. Basierend auf der Methode der vollständig ereignisgesteuerten Modellierung wurde eine Simulationssoftware entwickelt, die durch die Kombination analytischer und numerischer Verfahren die Kipppunkte im Verhalten dieser Systeme berechnet und nur an diesen Zeitpunkten auswertet. Dies führt zu einer höheren Präzision der Simulation bei einer deutlich geringeren Simulationszeit. Im Vergleich mit gängigen Simulatoren wird ein Speed-up-Faktor von etwa 10 – 100 erreicht. Die modulare Implementierung ermöglicht es, parasitäre und nichtlineare Effekte auf Systemebene durch Monte-Carlo-Verfahren zu charakterisieren und die Architekturen dahingehend zu optimieren. In aktuellen Projekten wird die Software unter anderem eingesetzt, um neuartige Empfangssysteme für 5G Anwendungen zu entwickeln.