Technologie PCB - Modèle d'analyse d'intégrité du signal au niveau de la carte couramment utilisé

Pour effectuer une simulation de circuit, il faut d'abord modéliser les éléments, c'est - à - dire que pour les différents éléments supportés par le programme de simulation de circuit, il doit y avoir dans le programme de simulation des modèles mathématiques correspondants pour les décrire, c'est - à - dire des formules de calcul que l'ordinateur peut manipuler pour les exprimer.

Le modèle de composant idéal doit non seulement refléter avec précision les caractéristiques électriques du composant, mais également être adapté à la résolution numérique sur ordinateur. En général, plus la précision du modèle de l'appareil est élevée, plus le modèle lui - même est complexe et plus le nombre de paramètres du modèle requis est élevé. De cette manière, la quantité de mémoire occupée pendant le calcul augmente et le temps de calcul augmente. Cependant, les circuits intégrés ont tendance à contenir un grand nombre de composants et une petite augmentation de la complexité du modèle de dispositif doublera le temps de calcul. Inversement, si le modèle est trop grossier, les résultats de l'analyse ne seront pas fiables. La complexité du modèle de composant utilisé doit donc être déterminée en fonction des besoins réels.

Dans l'approche de conception de PCB basée sur l'analyse informatique de l'intégrité du signal, la partie la plus centrale consiste à établir un modèle d'intégrité du signal au niveau de la carte PCB, qui diffère des méthodes de conception traditionnelles. La justesse du modèle si déterminera la justesse de la conception, et la constructibilité du modèle si détermine la faisabilité de cette approche de conception.

Actuellement, il existe deux façons de construire un modèle de dispositif: l'une consiste à partir des caractéristiques électriques de fonctionnement du dispositif, à considérer le dispositif comme une "boîte noire", à mesurer les caractéristiques électriques de ses ports, à extraire le modèle de dispositif sans impliquer le principe de fonctionnement du dispositif. Appelé modèle comportemental. Les représentants de ce modèle sont le modèle Ibis et le paramètre S. Ses avantages sont la simplicité et la facilité de modélisation et d'utilisation, l'économie de ressources et une large gamme d'applications. En particulier dans le cas de hautes fréquences, de non - linéarité et de puissance élevée, les modèles comportementaux sont presque la seule option. L'inconvénient est la mauvaise précision, la cohérence n'est pas garantie et est affectée par la technique de test et la précision. L'autre est basé sur le principe de fonctionnement des composants. À partir des équations mathématiques du dispositif, le modèle de dispositif résultant et les paramètres du modèle sont étroitement liés au principe de fonctionnement physique du dispositif. Le modèle Spice est le modèle le plus largement utilisé dans ce modèle. Il présente l'avantage d'une plus grande précision, d'autant plus qu'avec le développement des méthodes de modélisation et les progrès et spécifications de la technologie des semi - conducteurs, on a pu proposer de tels modèles à plusieurs niveaux pour répondre à différentes exigences de précision. L'inconvénient est que le modèle est complexe et que le temps de calcul est long.

En règle générale, les modèles d'entraînement et de récepteur sont fournis par le fabricant de l'équipement et les modèles de ligne de transmission sont généralement extraits des analyseurs de terrain. Les modèles de boîtiers et de connecteurs peuvent être extraits par un analyseur de terrain ou fournis par le fabricant.

Dans la conception électronique, il existe de nombreux modèles qui peuvent être utilisés pour l'analyse de l'intégrité du signal au niveau de la carte PCB. Parmi eux, les trois modèles les plus couramment utilisés sont spice, Ibis, verilog AMS et VHDL - AMS.

1 le modèle spice

Spice est l'abréviation de simulationprogramwithintegrated circuitemphasis. C'est un puissant simulateur de circuit analogique universel qui existe depuis des décennies. Le programme a été développé par le Département de génie électrique et de sciences informatiques de l'Université de Californie à Berkeley, principalement pour les circuits intégrés. Dans les programmes d'analyse, le format de grille Spice est devenu un standard pour la description des circuits analogiques courants et des circuits de niveau transistor. Défini comme norme industrielle nationale des États - Unis, il est principalement utilisé pour la conception et la simulation de systèmes électroniques tels que les circuits intégrés, les circuits analogiques, les circuits hybrides numérique - analogique, les circuits d'alimentation, etc. en raison de la politique d'ouverture complète du programme de simulation spice, les utilisateurs peuvent modifier En fonction de leurs besoins. En outre, il a une bonne utilité et la promotion est rapide. Il a été porté sur plusieurs plates - formes de systèmes d'exploitation.

Depuis la sortie de spice, ses versions ont été constamment mises à jour. Il existe plusieurs versions telles que spice2 et spice3. La nouvelle version a été améliorée principalement en termes d'entrée de circuit, de graphiques, de structure de données et d'efficacité d'exécution. Spice2g5 est généralement considéré comme le plus réussi et le plus efficace. Oui, les versions futures ne sont que partiellement modifiées.

Dans le même temps, divers outils de simulation de circuits Spice commerciaux ont été produits avec l'algorithme de programme de simulation Spice de Berkeley comme noyau. Ils fonctionnent sur des plates - formes PC et UNIX. Beaucoup d'entre eux sont basés sur le code source de la version originale de spice2g6. Il s'agit d'une version publiée publiquement. Version, ils ont fait beaucoup de travail pratique sur la base de spice. Les logiciels de simulation Spice les plus courants incluent Hspice, Pspice, spectre, tspice,

Smartspcie, isspice, etc., bien que leurs algorithmes de base soient identiques, la vitesse de simulation, la précision et la convergence diffèrent. Parmi eux, Hspice de synopsys et Pspice de cadence sont les plus connus. HspiCE est en fait le logiciel de simulation standard de l'industrie spice. Il est le plus largement utilisé dans l'industrie. Il se caractérise par une haute précision et une simulation puissante. Cependant, il n'a pas d'environnement d'entrée frontal et nécessite la préparation préalable des fichiers netsheet. Il ne convient pas aux utilisateurs principaux. Principalement appliqué à la conception de circuits intégrés; Pspice est le meilleur choix pour les utilisateurs individuels. Il dispose d'un environnement d'entrée frontal graphique, d'une interface utilisateur conviviale et d'un excellent rapport qualité - prix. Il est principalement utilisé pour les cartes PCB et la conception au niveau du système.

Le logiciel de simulation Spice comprend deux parties: un modèle et un simulateur. En raison de l'intégration étroite du modèle et du simulateur, il est difficile pour l'utilisateur d'ajouter de nouveaux types de modèles, mais l'ajout de nouveaux modèles est facile, il suffit de définir de nouveaux paramètres pour les types de modèles existants.

Le modèle Spice se compose de deux parties: les équations du modèle (modelequations) et les paramètres du modèle (modelparameters). Grâce aux équations du modèle fournies, le modèle Spice peut être étroitement lié aux algorithmes du simulateur, ce qui permet une meilleure efficacité analytique et des résultats d'analyse améliorés.

Le modèle Spice a été largement utilisé dans la conception électronique et peut effectuer une analyse non linéaire en courant continu, une analyse transitoire non linéaire et une analyse linéaire en courant alternatif des circuits. Les composants du circuit analysé peuvent comprendre des résistances, des capacités, des inductances, des inductances mutuelles, des sources de tension indépendantes, des sources de courant indépendantes, diverses sources contrôlées linéaires, des lignes de transmission et des dispositifs semi - conducteurs actifs. Spice dispose d'un modèle de dispositif semi - conducteur intégré, il suffit à l'utilisateur de sélectionner le niveau du modèle et de fournir les paramètres appropriés.

Lorsque l'analyse si est effectuée au niveau de la carte PCB à l'aide du modèle spice, il est nécessaire que les concepteurs et les fabricants de circuits intégrés fournissent une description détaillée et précise des paramètres de fabrication du modèle Spice et des caractéristiques du semi - conducteur des sous - circuits de cellules d'E / s du circuit intégré. Comme ces matériaux appartiennent généralement à la propriété intellectuelle et à la confidentialité des concepteurs et des fabricants, seuls quelques fabricants de semi - conducteurs proposent les modèles Spice correspondants en même temps que les produits à puce.

La précision analytique du modèle Spice dépend principalement de l’origine des paramètres du modèle (c’est - à - dire de la précision des données) et du champ d’application des équations du modèle. La combinaison des équations du modèle avec divers simulateurs numériques peut également affecter la précision de l'analyse. En outre, le modèle Spice au niveau de la carte PCB comporte de nombreux calculs de simulation et l'analyse est relativement longue.

II. Modèle Ibis

Ibis est l'abréviation de I / o Buffer Information Specification. C'est une méthode pour construire rapidement et précisément un modèle I / obuffer basé sur une courbe I / v. C'est une norme internationale qui reflète les caractéristiques électriques de l'entraînement et de la réception des puces. Il fournit un format de fichier standard pour enregistrer des paramètres tels que l'impédance de sortie de la source d'entraînement, le temps de montée / descente et la charge d'entrée, idéal pour le calcul et la simulation dans des conceptions de circuits à grande vitesse telles que l'oscillation et la diaphonie.

Afin de développer un format Ibis unifié, les sociétés Eda, les fournisseurs de circuits intégrés et les utilisateurs finaux ont créé le Comité de développement du format Ibis et le Forum ouvert Ibis est né. Il est composé de plusieurs fabricants d'Eda, de fabricants d'ordinateurs, de fabricants de semi - conducteurs et d'universités.

En 1993, le format Development Council a lancé la première version 1.0 de la norme Ibis, qui a été constamment révisée. La dernière version officielle est la version 4.1, sortie en 2004. V4.1 ajoute principalement un modèle multilingue. Avec la prise en charge de berkeleypice, VHDL - AMS et verilog AMS, les modèles Ibis ont la capacité de modéliser l'ensemble du système et le champ d'application des modèles a été considérablement élargi, mais cela nécessite un moteur de simulation hybride qui prend en charge simultanément ces modèles. La simulation, donc l'application à grande échelle du logiciel de modèle prend du temps. La norme Ibis a été reconnue par l'EIA et définie comme norme ANSI / EIA - 656 - a. Quelque chose de nouveau est ajouté à chaque nouvelle version, mais il s'agit simplement d'options et non d'éléments requis dans le fichier de modèle Ibis, ce qui garantit la compatibilité ascendante du modèle Ibis.

Aujourd'hui, des dizaines d'entreprises EDA sont membres du Forum ouvert Ibis. La société EDA qui prend en charge Ibis fournit des modèles Ibis et des outils de simulation logicielle pour différents appareils. De plus en plus de fabricants de semi - conducteurs ont commencé à proposer des modèles Ibis de leurs produits. Le modèle Ibis n'ayant pas besoin de décrire les paramètres de conception interne et de fabrication des transistors des cellules d'E / s, il est bien accueilli et soutenu par les fabricants de semi - conducteurs. Tous les grands fabricants de circuits intégrés numériques peuvent désormais proposer les modèles Ibis correspondants en même temps que les puces.

La spécification Ibis elle - même n'est qu'un format de fichier. Il explique comment enregistrer les différents paramètres d'un lecteur de puce et d'un récepteur dans un fichier Ibis standard, mais n'explique pas comment utiliser ces paramètres enregistrés. Le modèle Ibis doit utiliser ces paramètres. Outil de simulation à lire.

Le modèle Ibis fournit seulement une description du comportement du pilote et du récepteur, mais ne divulgue pas les détails de propriété intellectuelle de la structure interne du circuit. En d'autres termes, les vendeurs peuvent utiliser le modèle Ibis pour illustrer leurs derniers travaux de conception de porte sans révéler trop d'informations sur le produit à leurs concurrents. De plus, comme Ibis est un modèle simple, les simulations au niveau de la carte PCB sont calculées à l'aide d'une table de vérification, ce qui réduit le volume de calcul et permet d'économiser 10 à 15 fois le volume de calcul par rapport aux simulations correspondantes au niveau de la triode.

Ibis fournit deux courbes I / V complètes représentant les états haut et bas du conducteur, ainsi que la courbe de transition d'état à une certaine vitesse de transition. La fonction de la courbe I / V est de fournir à Ibis la possibilité de modéliser des effets non linéaires, tels que des diodes de protection, des sources de commande totem TTL et des sorties émetteur - suiveur. La précision analytique du modèle Ibis dépend principalement du nombre de points de données dans les tableaux I / V et V / T et de la précision des données.

Les avantages du modèle Ibis par rapport au modèle Spice peuvent être résumés comme suit:

Il peut fournir un modèle précis en termes de non - linéarité des E / s tout en tenant compte des paramètres parasites de l'encapsulation et de la structure ESD;

Fournir une vitesse de simulation plus rapide que la méthode structurée; V

Il peut être utilisé pour l'analyse et la simulation de l'intégrité du signal au niveau de la carte système ou Multi - carte. Les problèmes d'intégrité du signal que le modèle Ibis peut analyser comprennent: diaphonie, réflexion, oscillation, dépassement, recul, désadaptation d'impédance, analyse de ligne de transmission et analyse topologique. Ibis est particulièrement capable de simuler avec précision les oscillations et la diaphonie à grande vitesse. Il peut être utilisé pour détecter le pire comportement du signal dans des conditions de temps de montée et dans des situations que certains tests physiques ne peuvent pas résoudre; V

Les modèles peuvent être obtenus gratuitement auprès des fabricants de semi - conducteurs, sans frais supplémentaires pour les utilisateurs; V

Compatible avec un large éventail de plates - formes de simulation dans l'industrie, presque tous les outils d'analyse de l'intégrité du signal acceptent le modèle Ibis. V

Bien sûr, Ibis n'est pas parfait, il présente également les lacunes suivantes:

De nombreux fabricants de puces manquent de support pour le modèle Ibis. V

L'outil Ibis ne fonctionne pas sans le modèle Ibis. Bien que les fichiers Ibis puissent être créés manuellement ou convertis automatiquement via le modèle spice, aucun outil de conversion ne peut faire quoi que ce soit s'il n'est pas possible d'obtenir le paramètre de temps de montée minimum du fabricant.

Ibis ne peut pas traiter de manière optimale les circuits de type Driver à temps de montée contrôlé, en particulier ceux qui contiennent une rétroaction complexe;

Ibis n'a pas la capacité de simuler le bruit des bombes au sol. La version 2.1 du modèle Ibis contient des inductances mutuelles décrivant différentes combinaisons de broches, à partir desquelles certaines informations de rebond de terre très utiles peuvent être extraites. La raison pour laquelle cela ne fonctionne pas est la méthode de modélisation. Lorsque la sortie saute d'un niveau haut à un niveau bas, une grande tension de rebond de masse peut modifier le comportement du pilote de sortie. V

Modèles verilog AMS et VHDL - AMS

Les modèles verilog AMS et VHDL - AMS sont apparus plus tard que les modèles Spice et Ibis et sont des langages de modèles comportementaux. En tant que langages de modélisation au niveau du comportement matériel, verilog AMS et VHDL - AMS sont des superensembles de verilog et VHDL, respectivement, tandis que verilog - A est un sous - ensemble de verilog AMS.

Dans le langage AMS (Analog / Mixed Signal), contrairement aux modèles Spice et Ibis, les équations décrivant le comportement des composants sont écrites par l'utilisateur. Similaire au modèle Ibis, le langage de modélisation AMS est un format de modèle autonome qui peut être utilisé avec de nombreux types d'outils de simulation. L'équation AMS peut également être écrite à différents niveaux: niveau du transistor, niveau de la cellule d'E / s, Groupe d'unités d'E / s, etc. la seule exigence est que le fabricant puisse écrire une équation décrivant la relation entrée / sortie du port.

En fait, les modèles AMS peuvent également être utilisés pour des composants de systèmes non électriques. Souvent, les modèles peuvent être écrits plus simplement pour accélérer la simulation. Les modèles plus détaillés prennent généralement plus de temps à simuler. Dans certains cas, les modèles comportementaux relativement simples sont plus précis que les modèles spice.

Comme verilog AMS et VHDL - AMS sont de nouvelles normes, elles ont été adoptées au cours des cinq dernières années. Jusqu'à présent, seuls quelques fabricants de semi - conducteurs ont pu proposer des modèles AMS. Les simulateurs qui peuvent prendre en charge AMS sont meilleurs que Spice et Ibis. Moins. Cependant, la faisabilité et la précision de calcul du modèle AMS dans l'analyse de l'intégrité du signal au niveau de la carte PCB ne sont pas inférieures à celles des modèles Spice et Ibis.

3.21999

4.12004vhdl - ams1999

Verilog - ams1998

4 validation du modèle

Quel que soit le modèle et l'outil de simulation que vous décidez de choisir, la méthode utilisée doit être efficace. Au minimum, l'exactitude et l'exhaustivité du modèle doivent être garanties. Par exemple, le modèle Ibis du récepteur doit inclure les valeurs de vinl et Vinh, et le modèle Ibis du lecteur doit inclure les valeurs de vmeas. Les feuilles de données des modèles Ibis peuvent être vérifiées à l'aide d'outils d'affichage graphique tels que Visual ibiseditor de mentor ou modelintegrity de cadence.

Dans le même temps, le modèle doit pouvoir passer les tests du simulateur. Une simple interconnexion point à point peut être utilisée pour valider le modèle, par exemple pour détecter un problème de convergence. Notez que l'interconnexion doit comporter au moins un tronçon de ligne de transmission pour observation. Caractéristiques de calage des diodes de réflexion, de dépassement et de calage.

Enfin, le modèle doit être vérifié à nouveau avec un test matériel réel. Bien entendu, il n'est pas possible que les conditions réelles de fonctionnement de l'appareil soient parfaitement cohérentes avec les paramètres simulés, ni que les données de mesure obtenues soient parfaitement cohérentes avec les résultats simulés, mais les caractéristiques de l'appareil reflétées doivent être cohérentes, telles que la pente et le dépassement des bords dans les mêmes conditions de charge. L'amplitude, la forme, etc. des courbes de signal doivent être similaires.

5 choix du modèle

Comme il n'y a pas de modèle unifié pour compléter l'analyse de l'intégrité du signal au niveau de toutes les cartes PCB, il est nécessaire de mélanger les modèles ci - dessus dans la conception de cartes PCB numériques à grande vitesse pour maximiser l'établissement de modèles de transmission des signaux critiques et des signaux sensibles.

Pour les éléments passifs discrets, il est possible de rechercher le modèle Spice fourni par le fabricant, d'établir et d'utiliser directement le modèle Spice simplifié par des mesures expérimentales ou de le modéliser à l'aide d'outils de modélisation spécialisés tels que des logiciels d'extraction de modèles de champs électromagnétiques 3D et 2D.

Pour les circuits intégrés numériques critiques, vous devez rechercher un modèle fourni par le fabricant, tel que le modèle Ibis ou spice. À l'heure actuelle, la plupart des concepteurs et des fabricants de circuits intégrés peuvent fournir des puces via un site Web ou par d'autres moyens, tout en fournissant le modèle Ibis requis. Les modèles Ibis ne sont généralement pas disponibles. Disponible auprès du fabricant si nécessaire.

Pour les circuits intégrés non critiques, si le modèle Ibis du fabricant n'est pas disponible, un modèle Ibis similaire ou par défaut peut également être sélectionné en fonction de la fonction des broches de la puce. Bien entendu, il est également possible d'établir un modèle Ibis simplifié par des mesures expérimentales.

Pour les lignes de transmission sur une carte PCB, une pré - analyse de l'intégrité du signal et une analyse de résolution spatiale peuvent être effectuées à l'aide d'un modèle Spice de ligne de transmission simplifié, et l'analyse après câblage nécessite l'utilisation d'un modèle Spice de ligne de transmission complet en fonction de la conception de La configuration réelle. Si une analyse plus précise est requise et qu'une modélisation précise de la ligne de transmission est requise, des outils d'extraction de modèles 2D ou 3D peuvent être utilisés.