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器傳播到接收器時信號衰減量的度量。換句話說，它表示信號沿PCB跡線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

進行PCB仿真是為了了解電路板的實際行為。通過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）。接下來是信號完整性分析。

電路板制造完成后，將進行范圍測量和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？

這里要考慮三個方面：

了解SI問題的根本原因

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，在制造階段進行板的制造和組裝。虛擬原型通常在制造過程開始之前發送給制造商。

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的問題。下圖顯示了Xilinx FPGA ZCU104的虛擬原型。

虛擬PCB原型

通過考慮網絡進行仿真。在這里，我們考慮從CPU（發送器）流向HDMI重定時器的信號。信號流如下圖所示。

衡量信號損失的指標

在開始仿真之前，對我們來說，預測信號損耗非常重要?？梢允褂脫p耗指標手動計算損耗。

信號損耗的計算

走線的長度約為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，我們可以預期會有3至6 dB的損耗。

延時計算

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

時間延遲=（跡線的長度）/（FR4中的信號速度）；

（3英寸）/ 6 ns = 0.5 ns。預期的時間延遲約為0.5納秒。

差分阻抗（Z diff）的計算

我們使用經驗法則來預測Z diff。

HDMI走線的寬度和間距

HDMI走線的堆疊

HDMI走線的堆疊

堆棧顯示，H1為3mils，H2為2.9mils?？梢允褂媒涷灧▌t來計算差分阻抗。

阻抗經驗法則：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是走線寬度。在此，幾乎滿足第一條件（W / {min（H1，H2）}等于1）。為了滿足第二個條件（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。這些值可以通過執行快速RapidScan進行交叉驗證。請按照以下步驟在Keysight EDS中運行2D RapidScan。

將開發板導入軟件。是德科技ADS SIPro將顯示所有導入的電路板網

選擇HDMI網絡（信號從CPU傳播到重定時器）。

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。這些值可以通過執行快速RapidScan進行交叉驗證。請按照以下步驟在Keysight EDS中運行2D RapidScan。

將開發板導入軟件。是德科技ADS SIPro將顯示所有導入的電路板網

選擇HDMI網絡（信號從CPU傳播到重定時器）。

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轉換為差分對。下圖顯示了將單端走線轉換為差分對的設置。

單端走線到差分對的轉換

延遲和偏斜計算

以下設置可用于提取時間延遲。

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（偽隨機二進制序列）來評估信號完整性。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。

觀看整個網絡研討會，以獲取有關SI分析的更多實踐知識。如果您想了解有關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。