Agilent ADS中Verilog-A学习

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 学了几天的Verilog-A,平台是Agilent ADS,主要参考“Verilog-AMS Language Reference Manual”和ADS的帮助文档。

  现在的状态算是入门了,写了个简单的PLL。总结这几天的学习,觉得效率太低,我以前有一定Verilog基础,研一时学过一点VHDL-AMS,学到现在这个状态应该半天就够了;入门的话,30分钟足矣;跟着这个教程走,你会很快了解和熟悉Verilog-A。(前提是有一定的Verilog基础和电路基础)

1、基尔霍夫定律撑起了整个电路学的大厦(当然也可以认为基尔霍夫定律只是麦克斯韦方程的简化版),作为模拟电路描述语言Verilog-A,同样将基尔霍夫定律作为其基本,最重要的两个概念便是流量(Flow)和位(Potential),在电学里是电流和电压,在力学里可以是力和距离,在热学里可以是功率和温差,等等。

  在Verilog-A中,你可以将电阻电容电感等器件用一个方程式来表述,比如I(out) <+ V(out)/R,这样就产生了一个电阻,最后Verilog-A仿真器会用某种算法(迭代是最常见的)将I(out)和V(out)求解出来,然后根据这个解去算下一个时刻的I、V等,当然这仅仅是指时域仿真。

2、下面讲Verilog-A的语法:

begin  end //相当于C语言的一对大括号,与Verilog同

if ( expression ) true_statement ;

  [ else false_statement ; ] //与Verilog同

case ( expression ) case_item { case_item } endcase

for ( procedural_assignment ; expression;

    procedural_assignment ) statement

//case与for语句都跟Verilog、C语言类似

cross( expr [, dir [, time_tol [, expr_tol ]]] );

//cross用来产生一个event,如:

@(cross(V(sample) -2.0, +1.0))

//指sample的电压超过2.0时触发该事件,将会执行后面的语句,+1.0表示正向越过,-1.0则相反

ddt( expr )  //求导,如:

I(n1,n2) <+ C * ddt(V(n1, n2)); //表示了一个电容

idt( expr ,[ ic [, assert [, abstol ]]] ) //积分,如:

V(out) <+ gain * idt(V(in) ,0) + gain * V(in);

//比例积分,式中的0表示积分的初值

transition( expr [, time_delay [, rise_time [, fall_time [, time_tol ]]]] )

//将expr的值delay一下并指定上升下降沿时间,相当于一个传输门

laplace_zp( expr ,ζ,ρ)

将expr进行拉普拉斯变换,具体表达式参看相关文献,还有laplace_zd()等

数据类型:

integer、real,另外就是discipline,不知道怎么翻译比较好,比如说它将电压电流这两个nature类型作为一个discipline,这些都在disciplines.vams这个头文件里建好了,编程时要`include "disciplines.vams"。 如果要定义一个电路节点,electrical node_name就好了

parameter {real | integer} list_of_assignments ;

//定义参数,如parameter R = 50 from (0:inf];

在一个模块中调另一个模块和Verilog差不多,如:

blk_a a1(Input1, a_b1);

blk_a a2(Input2, a_b2);

运算符号:

+ - * / > < == & | && || ^ << >> ?: 等,跟Verilog一样

另外,新加的一个符号<+,这个专门给模拟信号赋值用,注意这个赋值符号是可以累加的,就是说赋两次值的话,它会加起来,而不是覆盖,如:

// model input admittance(导纳)

I(in) <+ V(in)/Rin;

I(in) <+ Cin*ddt(V(in));

预处理&宏:

`define   `else   `ifdef   `include   `resetall   `undef

跟Verilog差不多

3、Verilog-A程序基本结构:

`include "disciplines.vams" //预处理module load(p); //定义模块,p是端口 electrical p, gnd; //定义节点 ground gnd; //定义gnd为ground节点,电位为0 parameter real R=50.0; //定义R这个参数并赋初值 analog //模拟语句从这开始 V(p) <+ R * I(p, gnd); //在这里表示一个电阻,表示了输出电压与输出电流的关系endmodule //模块定义结束

4、上面这些基本上是最常用的了,了解之后,你就能看懂一般的Verilog-A程序了,下面是我写的PLL仿真程序,把它看完并看懂(当然第一次并不需要看得很仔细):

提示:振荡频率4~6G,分频器为50分频,Fref为100M,鉴相器为电荷泵型。

`include "disciplines.vams"

`include "constants.vams"

//VCO

module my_vco(in, out);

  input in;

  output out;

  electrical in, out;

  parameter real gain=2.0e9, fc=4.0e9;

  analog

    V(out) <+ sin(2*`M_PI*(fc*$realtime + idt(gain*V(in))));

endmodule

//phase detector

module my_pd(ref,rf,outP,outN);

  input ref,rf;

  output outP,outN;

  electrical ref,rf,outP,outN;

  real clr,up,down;

  parameter real Ro=1e6, Ro2=1;

  analog begin

    @(cross(V(ref)-0.5,+1))

      up = 1;

    @(cross(V(rf)-0.5,+1))

      down = 1;

    clr = absdelay(up && down, 1e-9);

//    clr = transition(up && down, 1e-9);  //这两条语句都可以

    if(clr>0.5) begin

      up = 0;

      down = 0;

    end

    if(up) begin

      if(V(outP)>= 3)

        V(outP) <+ 3-I(outP)*Ro2;

      else I(outP) <+ -up*0.01;

    end

    else begin

      I(outP) <+ 0;

    end

    if(down) begin

      if(V(outN) <= 0)

        V(outN) <+ 0-I(outN)*Ro2;

      else I(outN) <+ down*0.01;

    end

    else begin

      I(outN) <+ 0;

    end

  end

endmodule

//N divider

module my_divider(in,out);

input in;

output out;

electrical in,out;

integer cnt;

parameter integer K=50;

analog begin

  @(cross(V(in),+1))

    cnt = cnt+1;

  if(cnt>=K)

    cnt=0;

  if(cnt*2-K>=0)

    V(out) <+ 1;

  else

    V(out) <+ 0;

end

endmodule

以上是VCO、鉴相器和分频器,原理图我是在ADS中画的,如下所示:

以下是仿真结果:

好,看到这儿你已经入门了,想进一步熟悉Verilog-A的话,请参看:

www.vhdl.org/verilog-ams/htmlpages/public-docs/lrm/2.2/AMS-LRM-2-2.pdf

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