Fachgruppe 8.2.2  Fachausschuss 6.2  Fachgruppe 3.5.2

Entwurf von analogen Schaltungen

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Die Mikroelektronik ist eine der wichtigsten Schlüsseltechnologien im Zeitalter der Informationstechnik. Sie ist gekennzeichnet durch stetig voranschreitende Miniaturisierung und stetig wachsende Komplexität in einem überdurchschnittlich wachsenden Markt. Immer mehr Bestandteile von informationsverarbeitenden und -speichernden Systemen werden auf einem einzigen Chip integriert und bilden ein sogenanntes "System-on-a-chip" (SoC). Dabei kommen digitale und analoge Komponenten ebenso wie Hochfrequenz- oder mikromechanische Komponenten zusammen. 

So wichtig digitale Schaltungen für ... Prozesstechnologien immer kleinerer Strukturen sind, analoge Schaltungen bleiben ein integraler Systembestandteil, der nicht verschwinden wird (IEEE Proceedings, Dez. 2000, S. 1823). Im Jahre 2006 sind laut EDA Weekly 75% aller Chips Mixed-Signal-Chips mit beträchtlichem Anteil an analogen Komponenten.

Als Beispiele für analoge Schaltungen seien hier aufgeführt: Analog/Digital- bzw. Digital/Analog-Wandler an den Schnittstellen zwischen analoger Umwelt und digitaler Signalverarbeitung, Phasenregelkreise zur Taktregeneration oder zur Demodulation, Treiberschaltungen der Automobilelektronik, integrierte Empfängerschaltungen, Treiber- und Empfängerbausteine in der drahtlosen und der drahtgebundenen Kommunikationstechnik, Bibliothekszellen für digitale Schaltungen, Mikrosysteme (insbesondere solcher heterogener Natur, d.h. mit interagierenden elektrischen/elektronischen, mechanischen und/oder thermischen Effekten und Funktionen in einem Baustein).

Die Entwicklung der Analogentwurfsautomatisierung ist einerseits dadurch gekennzeichnet, dass die sich im Zuge neuer Produktionstechnologien (CMOS, Bipolar, ...) und neuer Anwendungsgebiete (Mikroelektronik, Automotive, Telekom, Mikrosystemtechnik) entwickelnden Entwurfstechniken, auch für hohe Frequenzen (> 1 GHz) und große Ströme (> 100 mA), und die immer größere Komplexität von analogen Schaltungen zu vielen problemspezifischen Varianten von Entwurfs- und damit auch Automatisierungsabläufen (design flows) führt.

Sie ist andererseits dadurch gekennzeichnet, dass die Interaktion analoger Systemkomponenten mit anderen Systemkomponenten (z.B. digital, mikromechanisch) berücksichtigt werden muss, und dass analoge Schaltungen durchgängig auf den Abstraktionsebenen Bauelement (z.B. Transistor), Schaltung (z.B. Netzliste) und System (z.B. Verhaltensbeschreibungen, VHDL-AMS, Verilog-A) betrachtet werden müssen.

Hieraus ergibt sich auf unabsehbare Zeit großer Forschungs- und Entwicklungsbedarf auf den Analogentwurfsautomatisierungs-Gebieten Modellierung, Simulation,Verifikation, Synthese und Entwurfsmethodik. Dies gilt insbesondere, wenn man bedenkt, dass laut Sematech Technology Roadmap die Entwurfsproduktivität mit etwa 20% weit hinter der Technologieproduktivität von etwa 60% zurück bleibt. Der besonders große Bedarf an Entwurfswerkzeugen für analoge Schaltungen ergibt sich auch aus dem Rückstand gegenüber der Entwurfsautomatisierung für digitale Schaltungen: laut EDA Weekly vom 21.03.2005 nehmen analoge Schaltungen im Schnitt 20% der Chipfläche ein, aber 40% des Entwurfsaufwands, und sie verursachen 50% der Redesigns.

Bei all dem bleibt zu berücksichtigen, dass ein nicht zu vernachlässigender Teil des Entwicklungsaufwands bei analogen Schaltungen in Messungen und Tests an realen Schaltungen in applikationsnahen Systemumgebungen fließt. Diese Tätigkeiten sind auf absehbare Zeit nur in sehr bedingtem Maße für eine Virtualisierung am Computer zugänglich. 

 

© 2001-2010 Helmut Gräb Stand: 02.02.2010