PCB 기술 - 신호 무결성 고속 디지털 PCB 분석 모델

신호 무결성 컴퓨터 분석을 기반으로 한 PCB 설계 방법 중 가장 핵심적인 부분은 기존 설계 방법과 다른 PCB 보드 레벨 신호 무결성 모델을 구축하는 것입니다.

SI 모델의 정확성은 설계의 정확성을 결정하며 SI 모델의 구축 가능성에 따라 설계 방법의 타당성이 결정됩니다.

4.1.PCB 설계의 SI 모델

전자 설계에서는 PCB 보드 레벨 신호 무결성 분석에 사용할 수 있는 모델이 많이 있습니다.가장 많이 사용되는 세 가지는 SPICE, IBIS 및 Verilog-A입니다.

a. SPICE 모델

SPICE는 강력한 기능입니다.

l 일반 아날로그 회로 시뮬레이터.SPICE 모델은 전자 설계에 널리 사용되었으며 HSPICE와 PSPICE라는 두 가지 주요 버전이 파생되었습니다.HSPICE는 주로 집적회로 설계에 사용되고 PSPICE는 PCB 보드 및 시스템 레벨 설계에 사용됩니다.

SPICE 모델은 모델 방정식과 모델 매개변수의 두 부분으로 구성됩니다.모델 방정식을 제공하기 때문에 SPICE 모델은 에뮬레이터의 알고리즘과 밀접하게 연결되어 더 나은 분석 효율성과 분석 결과를 얻을 수 있습니다.

SPICE 모델을 사용하여 PCB 보드 수준에서 SI 분석을 수행하는 경우 집적회로 설계자와 제조업체는 집적회로 I/O 유닛 서브회로의 SPICE 모델과 반도체 특성의 제조 매개변수에 대한 상세하고 정확한 설명을 제공할 필요가 있습니다.이러한 재료는 일반적으로 설계자와 제조업체의 지적 재산권과 기밀성에 속하기 때문에 소수의 반도체 제조업체만이 칩 제품과 함께 해당 SPICE 모델을 제공합니다.

SPICE 모델의 분석 정밀도는 주로 모델 매개변수의 출처 (즉, 데이터의 정확성) 와 모델 방정식의 적용 범위에 따라 달라집니다.모델 방정식과 각종 디지털 시뮬레이터의 조합도 분석의 정확성에 영향을 줄 수 있다.또한 PCB 보드 레벨 SPICE 모델에는 많은 수의 에뮬레이션 계산이 있으며 분석에 상대적으로 시간이 많이 걸립니다.

b.IBIS 모델

IBIS 모델은 원래 인텔사가 PCB 보드급 및 시스템급 디지털 신호 무결성 분석을 위해 특별히 개발했다.이제 IBIS 오픈 포럼에 의해 관리되며 공식 산업 표준 (EIA/ANSI 656-A)이되었습니다.

IBIS 모델은 I/V 및 V/T 테이블을 사용하여 디지털 집적 회로 I/O 유닛과 핀의 특성을 설명합니다.IBIS 모델은 I/O 유닛의 내부 설계 및 트랜지스터 제조 매개변수를 설명할 필요가 없기 때문에 반도체 제조업체의 환영과 지원을 받고 있습니다.이제 모든 주요 디지털 집적회로 제조업체는 칩과 함께 해당 IBIS 모델을 제공할 수 있습니다.

IBIS 모델의 분석 정밀도는 주로 I/V 및 V/T 테이블의 데이터 점 수와 데이터의 정확성에 따라 달라집니다.IBIS 모델을 기반으로 한 PCB 보드 레벨 시뮬레이션은 차트 계산을 사용하기 때문에 일반적으로 해당 SPICE 모델의 1/10~1/100에 불과한 계산량이 적습니다.

c.Verilog AMS 모델 및 VHDL-AMS 모델

Verilog AMS 및 VHDL-AMS는 4 년 미만의 새로운 표준으로 등장했습니다.하드웨어 동작 수준 모델링 언어인 Verilog AMS와 VHDL-AMS는 각각 Verilog와 VHDL의 슈퍼세트이고 Verilog-A는 Verilog AMS의 서브세트입니다.

SPICE 및 IBIS 모델과 달리 AMS 언어에서는 사용자가 어셈블리의 동작을 설명하는 방정식을 작성합니다.IBIS 모델과 마찬가지로 AMS 모델링 언어는 다양한 유형의 시뮬레이션 도구에 사용할 수 있는 독립형 모델 형식입니다.AMS 방정식은 트랜지스터 레벨, I/O 셀 레벨, I/O 셀 그룹 등 다양한 레벨에도 쓸 수 있습니다.

Verilog AMS와 VHDL-AMS는 새로운 표준이기 때문에 지금까지 소수의 반도체 제조업체만이 AMS 모델을 제공할 수 있었고 AMS를 지원할 수 있는 시뮬레이터는 SPICE와 IBIS보다 적었다.그러나 AMS 모델은 PCB 보드 레벨 신호 무결성 분석에서 SPICE와 IBIS 모델 못지않게 타당성과 계산 정밀도를 제공합니다.

4.2 모델 선택

모든 PCB 보드 레벨의 신호 무결성 분석을 완료하기위한 통합 모델이 없기 때문에 고속 디지털 PCB 보드 설계에서 위의 모델을 혼합하여 핵심 신호와 민감한 신호의 전송 모델을 최대한 구축 할 필요가 있습니다.

개별 소스 없는 컴포넌트의 경우 제조업체에서 제공하는 SPICE 모델을 찾거나 실험 측정을 통해 단순화된 SPICE 모드를 직접 설정하고 사용할 수 있습니다.

주요 디지털 집적 회로의 경우 제조업체에서 제공하는 IBIS 모델을 찾아야 합니다.현재 대부분의 집적회로 설계자와 제조업체는 웹 사이트 또는 다른 방식으로 필요한 IBIS 모델을 제공하면서 칩을 제공 할 수 있습니다.

비 핵심 집적 회로의 경우 제조업체의 IBIS 모델을 사용할 수 없는 경우 칩 핀의 기능에 따라 유사하거나 기본 IBIS 모델을 선택할 수도 있습니다.물론 실험 측정을 통해 단순화된 IBIS 모델을 만들 수도 있습니다.

PCB 보드의 전송선의 경우 단순화된 전송선 SPICE 모델을 사용하여 신호 무결성 사전 분석과 공간 해석 분석을 할 수 있으며, 실제 레이아웃 설계에 따라 배선 후 완전한 전송선 SPICE 모델을 사용하여 분석해야 한다.