Verilog-A 30分钟快速入门教程

入门, 教程

进入正题，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