PCB Tecnico - Modello di analisi PCB digitale ad alta velocità di integrità del segnale

Nel metodo di progettazione PCB basato sull'analisi del computer di integrità del segnale, la parte più centrale è l'istituzione del modello di integrità del segnale a livello di scheda PCB, che è diverso dal metodo di progettazione tradizionale.

La correttezza del modello SI determinerà la correttezza del progetto e la realizzabilità del modello SI determinerà la fattibilità di questo metodo di progettazione.

4.1. Modello SI di progettazione PCB

Ci sono molti modelli che possono essere utilizzati per l'analisi dell'integrità del segnale a livello di scheda PCB nella progettazione elettronica. Tre dei più comunemente utilizzati sono SPICE, IBIS e Verilog-A.

a. Modello SPICE

SPICE è un powerfu

l simulatore di circuiti analogici per uso generale. Ora il modello SPICE è stato ampiamente utilizzato nella progettazione elettronica, e sono state derivate due versioni principali: HSPICE e PSPICE. HSPICE è utilizzato principalmente nella progettazione di circuiti integrati, mentre PSPICE è utilizzato principalmente nella scheda PCB e nella progettazione a livello di sistema.

Il modello SPICE è composto da due parti: equazioni modello e parametri modello. Poiché viene fornita l'equazione del modello, il modello SPICE può essere strettamente collegato con l'algoritmo del simulatore e può essere ottenuta una migliore efficienza di analisi e risultati di analisi.

Quando si utilizza il modello SPICE per eseguire analisi SI a livello di scheda PCB, è necessario che il progettista e il produttore del circuito integrato forniscano una descrizione dettagliata e accurata del modello SPICE del sottocircuito dell'unità I/O del circuito integrato e dei parametri di produzione delle caratteristiche dei semiconduttori. Poiché questi materiali di solito appartengono alla proprietà intellettuale e alla riservatezza di progettisti e produttori, solo pochi produttori di semiconduttori forniranno modelli SPICE corrispondenti fornendo prodotti chip.

L'accuratezza dell'analisi del modello SPICE dipende principalmente dalla fonte dei parametri del modello (cioè dall'accuratezza dei dati) e dalla portata applicabile delle equazioni del modello. La combinazione di equazioni modello con vari simulatori digitali può anche influenzare l'accuratezza dell'analisi. Inoltre, il modello SPICE a livello di scheda PCB ha una grande quantità di calcolo di simulazione e l'analisi richiede relativamente tempo.

b. Modello IBIS

Il modello IBIS è stato originariamente sviluppato da Intel Corporation specificamente per l'analisi dell'integrità del segnale digitale a livello di scheda PCB e a livello di sistema. È ora gestito dall'IBIS Open Forum ed è diventato uno standard ufficiale del settore (VIA/ANSI 656-A).

Il modello IBIS utilizza la forma di tabelle I/V e V/T per descrivere le caratteristiche delle unità di I/O del circuito integrato digitale e dei pin. Poiché il modello IBIS non ha bisogno di descrivere il design interno dell'unità I/O e dei parametri di produzione del transistor, è stato accolto e supportato dai produttori di semiconduttori. Ora tutti i principali produttori di circuiti integrati digitali possono fornire i corrispondenti modelli IBIS fornendo chip.

L'accuratezza dell'analisi del modello IBIS dipende principalmente dal numero di punti dati nelle tabelle I/V e V/T e dall'accuratezza dei dati. Poiché la simulazione a livello di scheda PCB basata sul modello IBIS utilizza calcoli di ricerca della tabella, la quantità di calcolo è piccola, di solito solo da 1/10 a 1/100 del modello SPICE corrispondente.

c. Modello Verilog-AMS e modello VHDL-AMS

Verilog-AMS e VHDL-AMS sono apparsi meno di 4 anni fa, e sono un nuovo standard. Come linguaggi di modellazione a livello di comportamento hardware, Verilog-AMS e VHDL-AMS sono superset di Verilog e VHDL, rispettivamente, mentre Verilog-A è un sottoinsieme di Verilog-AMS.

Diverso dai modelli SPICE e IBIS, nel linguaggio AMS, spetta agli utenti scrivere equazioni che descrivono il comportamento dei componenti. Simile al modello IBIS, il linguaggio di modellazione AMS è un formato modello indipendente che può essere utilizzato in molti tipi diversi di strumenti di simulazione. Le equazioni AMS possono anche essere scritte a molti livelli diversi: livello transistor, livello di celle I/O, gruppo di celle I/O, ecc.

Poiché Verilog-AMS e VHDL-AMS sono nuovi standard, solo pochi produttori di semiconduttori possono fornire modelli AMS finora, e ci sono meno simulatori che possono supportare AMS di SPICE e IBIS. Tuttavia, la fattibilità e l'accuratezza di calcolo del modello AMS nell'analisi dell'integrità del segnale a livello di scheda PCB non sono inferiori ai modelli SPICE e IBIS.

4.2 Selezione del modello

Poiché non esiste un modello unificato per completare tutta l'analisi dell'integrità del segnale a livello di scheda PCB, nella progettazione di scheda PCB digitale ad alta velocità, è necessario mescolare i modelli sopra menzionati per stabilire il modello di trasmissione dei segnali chiave e dei segnali sensibili nella massima misura.

Per i componenti passivi discreti, è possibile ricercare il modello SPICE fornito dal produttore, oppure un modello SPICE semplificato può essere stabilito e utilizzato direttamente attraverso misure sperimentali.

Per i circuiti integrati digitali chiave, deve essere richiesto il modello IBIS fornito dal fabbricante. Attualmente, la maggior parte dei progettisti e produttori di circuiti integrati possono fornire il modello IBIS richiesto fornendo chip attraverso siti Web o altri metodi.

Per i circuiti integrati non critici, se il modello IBIS del produttore non è disponibile, è possibile selezionare anche un modello IBIS simile o predefinito in base alla funzione dei pin del chip. Naturalmente, un modello IBIS semplificato può anche essere stabilito attraverso misure sperimentali.

Per la linea di trasmissione sulla scheda PCB, il modello semplificato SPICE della linea di trasmissione può essere utilizzato nella pre-analisi dell'integrità del segnale e nell'analisi della risoluzione dello spazio e il modello completo SPICE della linea di trasmissione deve essere utilizzato nell'analisi dopo il cablaggio secondo la progettazione effettiva del layout.