釋放您的信號完整性分析潛力

2021-05-12

釋放您的信號完整性分析潛力

信號完整性分析提供了當信號從驅動(dòng)器傳播到接收器時(shí)信號衰減量的度量。換句話(huà)說(shuō)，它表示信號沿PCB跡線(xiàn)傳播而不失真的能力。

什么是PCB仿真？

PCB仿真和信號完整性分析

進(jìn)行PCB仿真是為了了解電路板的實(shí)際行為。通過(guò)快速預覽印刷電路板的性能，基本上可以提高制造效率。準備好PCB布局后，即可執行仿真（3D電磁仿真）。接下來(lái)是信號完整性分析。

電路板制造完成后，將進(jìn)行范圍測量和SI分析。SI分析執行兩次，一次在布局階段，一次在電路板制造后。 

如何釋放您的信號完整性分析潛力？

這里要考慮三個(gè)方面：

了解SI問(wèn)題的根本原因

擁有逼真的虛擬原型

依靠可靠的PCB制造商

讓我們看看這三點(diǎn)如何在PCB設計工作流程中融合在一起。

PCB設計工作流程

電路板設計工作流程分為三個(gè)主要階段。它們是早期設計，PCB布局和PCB制造。系統框圖是在早期設計階段繪制的。PCB布局階段具有堆疊和布局設計。最后，在制造階段進(jìn)行板的制造和組裝。虛擬原型通常在制造過(guò)程開(kāi)始之前發(fā)送給制造商。

虛擬原型的示例

虛擬原型使設計人員能夠在PCB原型制造之前識別并解決與信號完整性，熱管理和可制造性有關(guān)的問(wèn)題。下圖顯示了Xilinx FPGA ZCU104的虛擬原型。

虛擬PCB原型

通過(guò)考慮網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行仿真。在這里，我們考慮從CPU（發(fā)送器）流向HDMI重定時(shí)器的信號。信號流如下圖所示。

衡量信號損失的指標

在開(kāi)始仿真之前，對我們來(lái)說(shuō)，預測信號損耗非常重要?？梢允褂脫p耗指標手動(dòng)計算損耗。

信號損耗的計算

走線(xiàn)的長(cháng)度約為3英寸，損耗為0.1至0.2 dB / in / GHz。信號損耗可以如下計算：

0.1 x（3英寸）x（10 GHz）= 3 dB;

0.2 x（6英寸）x（10 GHz）= 6 dB

因此，我們可以預期會(huì )有3至6 dB的損耗。

延時(shí)計算

我們在FR4中使用信號速度來(lái)預測時(shí)間延遲。那是6英寸/納秒?？梢匀缦掠嬎銜r(shí)間延遲：

時(shí)間延遲=（跡線(xiàn)的長(cháng)度）/（FR4中的信號速度）；

（3英寸）/ 6 ns = 0.5 ns。預期的時(shí)間延遲約為0.5納秒。

差分阻抗（Z diff）的計算

我們使用經(jīng)驗法則來(lái)預測Z diff。

HDMI走線(xiàn)的寬度和間距

HDMI走線(xiàn)的堆疊

HDMI走線(xiàn)的堆疊

堆棧顯示，H1為3mils，H2為2.9mils?？梢允褂媒?jīng)驗法則來(lái)計算差分阻抗。

阻抗經(jīng)驗法則：如果最小值（H1，H2）的寬度約為1，間距約為3W，則差分阻抗等于100歐姆。

的差分阻抗可以被計算如下所示：

Z diff   = 100歐姆，如果；W / {min（H1，H2）}等于1，S大于3W。其中W是走線(xiàn)寬度。在此，幾乎滿(mǎn)足第一條件（W / {min（H1，H2）}等于1）。為了滿(mǎn)足第二個(gè)條件（S應大于3W），間距應在9密耳左右。在這種情況下，間距約為4密耳。這意味著(zhù)差分阻抗將小于一百歐姆。  讓我們假設阻抗約為90歐姆。

現在，我們有了所有預期值。這些值可以通過(guò)執行快速RapidScan進(jìn)行交叉驗證。請按照以下步驟在Keysight EDS中運行2D RapidScan。

將開(kāi)發(fā)板導入軟件。是德科技ADS SIPro將顯示所有導入的電路板網(wǎng)

選擇HDMI網(wǎng)絡(luò )（信號從CPU傳播到重定時(shí)器）。

右鍵單擊并選擇選項RapidScan-Z0>分析傳輸。步驟如下圖所示。

現在，我們有了所有預期值。這些值可以通過(guò)執行快速RapidScan進(jìn)行交叉驗證。請按照以下步驟在Keysight EDS中運行2D RapidScan。

將開(kāi)發(fā)板導入軟件。是德科技ADS SIPro將顯示所有導入的電路板網(wǎng)

選擇HDMI網(wǎng)絡(luò )（信號從CPU傳播到重定時(shí)器）。

右鍵單擊并選擇選項RapidScan-Z0>分析傳輸。步驟如下圖所示。

下圖顯示了模擬的預期結果與實(shí)際結果之間的比較。

強大的信號完整性仿真工作流程

強大的信號完整性工作流程包括提取通道電磁（EM）模型，剖析通道數據以及探索設計空間。下面的流程圖顯示了魯棒的信號完整性仿真過(guò)程。

提取通道EM模型

仿真工作流程的第一步是提取通道EM模型。在執行此操作之前，我們需要預測值?，F在，我們將已知值轉換為S參數。下圖顯示了轉換后的值。

S參數的期望值

下圖顯示，對于低頻和高頻，S參數的期望值和結果值是一致的。

剖析您的頻道資料

第一步是將單端走線(xiàn)轉換為差分對。下圖顯示了將單端走線(xiàn)轉換為差分對的設置。

單端走線(xiàn)到差分對的轉換

延遲和偏斜計算

以下設置可用于提取時(shí)間延遲。

下圖顯示了期望值與仿真數據一致。

通道模擬

通道仿真將使用PRBS（偽隨機二進(jìn)制序列）來(lái)評估信號完整性。下圖顯示了通道仿真的設置。

預期眼圖與仿真數據之間的比較如下所示。

眼圖清楚地表明仿真結果是張開(kāi)的眼睛。因此，期望值與仿真數據一致。

探索設計空間

在這一步中，我們對虛擬原型執行均衡和其他高級分析。

觀(guān)看整個(gè)網(wǎng)絡(luò )研討會(huì )，以獲取有關(guān)SI分析的更多實(shí)踐知識。如果您想了解有關(guān)信號完整性仿真的任何特定方面的更多信息，請在評論部分讓我們知道。