Des mathématiciens financés par l'UE facilitent la conception de composants radiofréquence
Des scientifiques d'Europe ont mis en commun leurs connaissances et leurs idées pour concevoir et mettre en oeuvre des algorithmes de simulation et des outils prototype intégrés afin de s'affranchir des barrières actuelles et futures en matière de conception radio. Les résultats s'inscrivent dans le projet ICESTARS («Integrated circuit/EM simulation and design technologies for advanced radio systems-on-chip»), financé à hauteur de 2,8 millions d'euros au titre du thème Technologies de l'information et de la communication (TIC) du septième programme-cadre (7e PC) de l'UE. Les circuits intégrés pour les fréquences radio associent actuellement sur le même silicium des modules numériques et analogiques, ce qui pose de sérieux problèmes aux outils de simulation. Le marché demande des débits toujours plus élevés et davantage de capacités au niveau des produits finis, aussi les circuits deviennent plus complexes et montent en fréquence. Cette évolution augmente également la complexité du développement des outils de conception électrique (CEAO) et de conception (CAD) assistées par ordinateur, qui sont indispensables à l'élaboration de circuits radio. Pour résoudre ces problèmes, il faut développer de nouvelles approches de modélisation, de nouvelles procédures de solutions mathématiques et de simulations numériques mélangeant les signaux analogiques et numériques. C'est l'objectif du projet ICESTARS et de son consortium, formé de cinq grands instituts de mathématiques européens, de deux sociétés du secteur des semi-conducteurs et de deux éditeurs de logiciels. «Pour faire progresser la conception de circuits radio vers les fréquences très élevées, il faut de nouveaux outils de CAO et de nouvelles architectures d'émetteurs-récepteurs. En effet, les outils de CEAO actuels sont incapables de gérer adéquatement la simulation de circuits à hautes fréquences», expliquait Jan ter Maten de NXP Semiconductors, une société hollandaise partenaire du projet ICESTARS. «Le projet étudiait la liaison efficace entre le domaine des fréquences, où la partie radio des systèmes sans fil est généralement conçue, et le domaine temporel, où sont développés le traitement du signal numérique et la logique de contrôle», ajoutait M. Maten. «En analyse électromagnétique et en analyse de circuits couplés par électromagnétisme, nous nous occupons de la 'communication' de la couche physique (par exemple la mise en correspondance des appareils) avec la couche mathématique». L'équipe s'est attaquée aux problèmes à l'aide d'algorithmes modifiés. Les analyses en temps et en fréquence s'appuient sur des outils mathématiques comme les équations différentielles classiques, les équations différentielles algébriques et les équations différentielles partielles. Les chercheurs ont modifié ces équations pour élargir les fonctionnalités et concevoir de nouveaux algorithmes capables de simuler le fonctionnement de circuits au-delà de 3 Gigahertz (GHz). En effet, les techniques habituelles de simulation mutuelle des éléments radio numériques et analogiques ne suffisent pas à elles seules. Les partenaires du projet ICESTARS ont ainsi conçu et testé un prototype d'analyse adaptative par ondelettes, qui représente un algorithme de simulation de circuits totalement nouveau. Pour simuler les enveloppes de circuits, les ondes en entrée sont représentées comme des porteuses radio avec des enveloppes de modulation. En imbriquant le système d'équations différentielles algébriques dans des équations différentielles partielles, le projet a pu formuler un cadre mathématique général susceptible d'être adapté à différentes catégories de circuits radio. Le découpage temporel dynamique a été optimisé pour simuler efficacement les signaux modulés en fréquence ou en amplitude. L'adaptabilité était au centre des travaux du projet dans le domaine des fréquences. Elle permet en effet d'ajuster dynamiquement le simulateur à la réponse en fréquence d'éléments comme les amplificateurs, les filtres ou les mélangeurs, par rapport aux paramètres du réseau ou au bruit en fréquence. Les chercheurs ont obtenu des estimations raisonnables des conditions initiales d'une analyse de distorsion d'oscillateurs libres, et pour la première fois, le projet ICESTARS a codé et testé un algorithme générique réellement multi-éléments, VoHB, pour des circuits plus importants que de simples amplificateurs de puissance transistor. Pour démontrer que les concepts inventés par les chercheurs fonctionnaient réellement, ils ont été testés par les entreprises partenaires et par l'université du Land de Haute-Autriche.
Pays
Autriche, Pays-Bas