SIMULATION UND MODELLBILDUNG

EINLEITUNG:

 In der modernen Schaltungstechnik ist es nicht mehr zweckmäßig, zwischen „analogen“ und „digitalen“ Baugruppen zu unterscheiden. So kann man einen High-Speed Bus wie zum Beispiel den IEEE 1394 kaum noch als „digitale“ Schaltung bezeichnen, ebenso wenig wie man beispielsweise den PAL-Dekoder in einem modernen Farbfernseher als „analoge“ Schaltung bezeichnen kann.

Ein besseres Kriterium zur Unterscheidung ist die Frequenz. Die immer höheren Packungsdichten und die immer höheren Frequenzen erfordern es, die bisher als „passiv“ betrachteten Bauelemente wie die Leiterplatte und das IC-Gehäuse bei der Schaltungssimulation mit zu berücksichtigen.

Diese passiven Strukturen können nur auf der Ebene der elektromagnetischen Felder mit Hilfe der Maxwellschen Gleichungen beschrieben werden.

Zahlreiche Softwarepakete werden zurzeit angeboten um Probleme dieser Art zu untersuchen. Es ist aber ein fundiertes Hintergrundwissen notwendig, um die Ergebnisse dieser Tools richtig zu interpretieren, beziehungsweise das richtige Werkzeug zum gegebenen Problem zu identifizieren.

Es existieren zahlreiche Verfahren zur Simulation elektromagnetischer Felder. Das führt dazu, dass jeder Simulator seine „Stärken“ immer nur für eine ganz bestimmte Klasse von Feldproblemen voll zur Geltung bringen kann, während für eine andere Problemklasse vielleicht ein anderer Simulator besser geeignet wäre.

Im Rahmen des Forschungsprojektes COFCOM wurden drei übliche Verfahren näher untersucht.

Simulation

Alle Kreationszyklen, ob Forschung, Entwicklung oder Reengineering, obliegen einer zeitlischen Vorgabe durch Projektplanung.

Diese Zeit kann durch Simulation signifikant verkürzt werden, was natürlich gerade bei Entwicklungs und Änderungszyklen im Wirtschaftsbereich ein unschätzbaren Zeit- als auch Kostenvorteil durch

  • Reduktion der Anzahl von Verifikationsmuster,
  • Reduktion der Durchlaufzeit von Änderungen,
  • komplexere Geräte und Schnittstellen (HW mit embedded SW),
  • Zuverlässigkeitsberechnungen, -aussagen,
  • Ausreizen der Technologien bis zum Limit des gerade noch Schaffbaren.

Dagegen spricht die Komplexität der Simulationsprogramme, die versierte User benötigt, die Anfos an die Hardware (Mips,Flops) und auch die Stabilität der Anordnung.

Trotz der oben angeführten Nachteile kann sich Europa mit seiner Hochlohn-Politik nur durch schnelle TimetoMarket Strategien behaupten und hier kann Simulation einen wichtigen Beitrag leisten.

Modellbildung

Das Ergebnis einer Simulation ist – nicht – der Proptyp, sondern die Erkenntnis und das daraus resultierende Modell in einer hohen mathematischen Abstraktionsebene. Das Gerät wird z.B. als Übertragungsfunktion H(s) oder als Polynom s(x)=a_0+-a_1x^1+-a_2x^2+-… definiert. Eine weitere Möglichkeit ein System zu beschreiben, sind S-Parameter (Touchstone-Format)