DOLPHIN - SMASH: “Arbeitspunkte” für analog und gemischt logisch-analoge Designs

Das Arbeitspunktthema ist für jeden möglichen Entwurf relevant: rein logische, rein analoge oder gemischt logisch-analoge.
Arbeitspunkte können auf zwei unterschiedlichen Weisen definiert werden:

Jeder erfahrene PCB Entwickler weiß, daß er seine Platine so entwickeln muß, daß sie nach dem Einschalten in einen definierten “Ruhezustand” gelangt: sie soll in Bereitschaft bleiben. Den zuverlässigsten Ruhezustand auszuwählen ist tägliches Brot für PCB Entwickler! Dies hat eine direkte Auswirkung auf die Testbarkeit und später auf die Betriebskosten der industriellen Prüfvorrichtung...
IC-Entwickler untersuchen solche Initialisierungen durch virtuelle Tests mit der “Ruhepunktanalyse” ihres Simulators: das Finden aller Arbeitspunkte gibt ihnen kostbare Informationen über die Topologie ihres Designs, über dessen Robustheit und kann ihnen kostbare Anhaltspunkte aufzeigen, wie zukünftige Simulation beschleunigt werden können…

Ein Arbeitspunkt wird durch die Werte der Knotenspannungen und des Zustandes jedes Bauelementes definiert, für den die Schaltung stabil ist: es ist entscheidend, die Ausgangsbedingungen für eine sinnvolle Simulation oder einen Test festzustellen.

Im Allgemeinen werden in einer analogen oder gemischt logisch-analogen Schaltung viele Arbeitspunkte gefunden, vergleichbar etwa mit den verschiedenen Gipfeln auf einer Gebirgskette

Eine Fallstudie: je besser der Simulator, desto realistischer die Arbeitspunkte! - Arbeitspunkt “B” ist metastabil, d.h. eine kleine Anregung veranlaßt den Schaltkreis diesen Zustand zu verlassen

Warum mehrere Arbeitspunkte?

Die Arbeitspunkte sind wie die Gipfel und die Talsohlen einer Gebirgskette
Die Talsohlen sind stabile Arbeitspunkte, das heißt, daß der Kreislauf nach einer kleinen Anregung an diesen Punkt zurückkehrt
Die Gipfel sind metastabile (begrenzt instabil) Arbeitspunkte, das heißt, daß der Kreislauf nach einer kleinen Anregung diesen Punkt verläßt
Mathematisch ausgedrückt, der Arbeitspunkt wird durch die Werte der Knotenspannungen definiert, für die das Kirchhoff’sche Gesetz gültig ist: für jeden Knoten einer Schaltung ist die Summe der Ströme gleich Null. Physikalisch bedeutet das, daß jedes Elektron von einem bekannten Ort kommt und an einen bekannten Ort geht.

Beispiel einer Schaltung mit verschiedenen Arbeitspunkten: das Register
3 mögliche Arbeitspunkte: 2 stabil, 1 metastabil

Als Überprüfung ob sowohl mehrfache Arbeitspunkte als auch Metastabile existieren, beginnen Logiksimulatoren (VHDL und Verilog) mit einer Initialisierung aller Signale mit dem Wert "X".