Приложение А (справочное). Пример системы автоматизированного анализа целостности сигналов и питаний проекта ПП - САПР Sigrity

Приложение А
(справочное)

Пример
системы автоматизированного анализа целостности сигналов и питаний проекта ПП - САПР Sigrity

Одним из самых популярных и мощных инструментов для анализа целостности сигналов и питаний проекта печатной платы считается программный продукт Sigrity производства компании Cadence Design Systems. Этот инструмент постоянно обновляется и имеет простой, доступный для понимания интерфейс.

Инструмент Sigrity является автоматизированной программной системой, позволяющей провести виртуальные испытания печатного узла, совокупности печатных узлов и соединительных элементов, а также ЭА в целом. Входные данные проекта ПП для анализа могут быть представлены в общепринятых форматах ODB++ или IPC-2581, что позволяет импортировать проекты из популярных форматов САПР ПП, таких как Cadence OrCAD/Allegro, Xpedition, Altium, P-CAD.

Для решения различных задач анализа целостности сигналов и питаний в Sigrity присутствуют отдельные инструменты, связанные через единую среду визуализации и анализа проектов, а также объединяемые производителем в наборы лицензионных продуктов в зависимости от назначения: набор для экстракции электромагнитных характеристик печатной платы, набор для анализа целостности питаний, набор для анализа целостности сигналов, набор для анализа тепловых характеристик и распределения тепла. Ниже приведено краткое описание отдельных инструментов системы Sigrity.

PowerDC - уникальный программный продукт, позволяющий совместно выполнять температурное и электрическое моделирование ЭУ. Система моделирования учитывает не только нагрев медных проводников и полигонов питания из-за протекающего по ним тока, но и изменение свойств материалов (снижение теплопроводности и проводимости) вследствие нагрева. Это позволяет как получить достоверную картину тепловых распределений на печатном узле, ИС и радиаторах, с учетом параметров окружающей среды, скорости обдува и свойств радиатора, так и близкие к реальным значения падения напряжения питания на высокопотребляющих ЭРЭ. Для моделирования применяют метод конечных элементов (FEM).

Объекты моделирования:

проводники, выводы, шарики BGA, переходные отверстия ПП;

все медные и диэлектрические слои ПП;

температурные свойства и зависимости материалов;

радиаторы, термальные слои ПП, теплостоки.

Размеры, тип и материал радиатора задают при вводе параметров моделирования. Свойства и температуру окружающей среды, а также скорость обдува задают в параметрах.

Точность симуляции подтверждают практическими измерениями.

PowerSI - инструмент для экстракции электромагнитных параметров проекта печатной платы. Он помогает быстро и точно провести такие виды виртуальных испытаний, как анализ шума земли из-за одновременного переключения множества потребителей, перекрестных помех, определение емкостной связи между сигналами. Проводят одновременное электромагнитное моделирование всей печатной платы. Данный программный модуль может использоваться как для пред-топологического моделирования для выработки рекомендаций для трассировки, так и после завершения трассировки ПП, для проверки ее качества. Результаты работы модуля PowerSI могут быть использованы в дальнейшем анализе во временной области с помощью модуля SystemSI.

Clarity - инструмент, дополняющий PowerSI и позволяющий произвести более точную экстракцию электромагнитных параметров для сложных и трехмерных структур (выходя за рамки просто печатной платы и позволяя моделировать разъемы и кабели).

OptimizePI - инструмент, который позволяет оптимизировать размещение развязывающих конденсаторов по питанию на основании анализа импеданса и локальных резонансов системы питаний:

можно обнаружить "горячие точки" в топологии полигонов земли и питания платы;

можно устранить локальные резонансы за счет авто-подбора положения и номиналов конденсаторов;

можно оптимизировать конфигурацию полигонов на основе результатов электромагнитного анализа топологии;

можно уменьшить количество развязывающих конденсаторов до минимально необходимого, без снижения качества системы питаний, и за счет этого уменьшить стоимость, габариты и вес печатного узла;

получить возможность снизить ЭМ излучение от печатного узла.

SystemSI - программный инструмент, ориентированный на моделирование пути сигнала от кристалла передающей ИС до кристалла приемной ИС, в таких интерфейсах как PCI Express (PCIe), HDMI, SFP+, Xaui, Infiniband, SAS, SATA, USB и других, а также в параллельных интерфейсах типа DDR. Можно выполнять оценку качества линии передачи предварительно, используя наборы моделей передатчиков и приемников от различных производителей ИС. Используя качественные модели ИС, соединителей и экстрагированную ЭМ модель печатной платы, можно получить результаты виртуальных испытаний целостности сигналов канала передачи данных в ЭУ, максимально близкие к реальности.

Моделирование помогает организациям, разрабатывающим ЭА, спрогнозировать перекрестные помехи и качество работы механизмов синхронизации и защиты от потери данных, определить параметры качества канала передачи информации (количество потерянных бит, джиттер и уровень шума). Моделирование параллельных интерфейсов в SystemSI, таких как DDRx, учитывает особенности реальной топологии системы питания печатного узла или блока (ухудшение их параметров работы относительно идеального случая). При работе в SystemSI сначала нужно создать или взять из библиотеки начальную структурную схему требуемого интерфейса (библиотека содержит готовые структурные схемы и модели большинства современных цифровых интерфейсов), а затем, после разработки топологии ПП и выбора конкретных ИС и соединителей, дополнить данными из нее, чтобы учесть влияние конструкции, расположения слоев и соседних проводников. Моделирование позволяет проверить наличие отражения, перекрестных помех, шумы в моменты переключения и многое другое.

В итоге организация, разрабатывающая ЭА, получает:

точное моделирование передачи сигналов в диапазоне частот от постоянного тока до 10 ГГц;

виртуальные испытания каналов передачи информации на основании моделей IBIS-AMI;

автоматическую генерацию "глазковой" диаграммы и U-образной кривой для определения частоты битовых ошибок (BER);

обнаружение отражений и перекрестных помех;

учет шумов одновременного переключения;

измерение времени установления и фиксации сигнала.