PCB Teknik - Genelde tahta seviyesi sinyal integritet analiz modelleri kullanılır

Devre simülasyonu yapmak için, ilk olarak komponentlerin modeli kurulmalı, yani devre simülasyonu program ı tarafından destekleyen çeşitli komponentler için, onları tanımlamak için simülasyon programında matematiksel modeller olmalı, yani bilgisayar tarafından çalışabilecek hesaplama formülü.

Bir ideal komponent modeli sadece komponentin elektrik özelliklerini tam olarak göstermelidir, ama bilgisayarda sayısal çözüm için de uygun olmalı. Genelde konuşurken, cihaz modelinin doğruluğunu daha yüksek, modelinin kendisi daha kompleks ve gerekli modellerin sayısını daha büyük. Bu şekilde hesaplama sırasında alınan hafıza miktarı artıyor ve hesaplama zamanı artıyor. Ancak, birleştirilmiş devreler sık sık büyük bir sayı komponent içerir ve aygıt model in in karmaşıklığında küçük bir artış hesaplama zamanını iki katlanacak. Üstelik, model çok zor olursa analiz sonuçları güvenilmez olacak. Bu yüzden kullanılan komponent modelinin karmaşıklığı gerçek ihtiyaçlarına göre belirlenmeli.

PCB tasarım yönteminde sinyal integritet bilgisayar analizi üzerinde dayanan en çekirdek kısmı, geleneksel tasarım yönteminden farklı olan PCB masa seviyesi sinyal integritet modelinin kuruluşudur. SI modelinin doğruluğu tasarımın doğruluğunu belirleyecek ve SI modelinin inşa edilebiliği bu tasarım metodunun uygulanabiliğini belirleyecek.

Şu and a aygıt modellerini inşa etmek için iki yöntem var: birisi komponentlerin elektrik çalışma özelliklerinden başlamak, komponentleri 'siyah kutu' olarak tedavi etmek, portlarının elektrik özelliklerini ölçüp, aygıt modelini kullanmadan çıkarmaktır. Davranış modelini çağırdı. Bu modelin temsilcileri IBIS modeli ve S parametreleri. Onun avantajları, modelleri, kullanımı, kaynaklarını kurtarmak ve geniş bir dizi uygulamalar için basit ve uygun olması. Özellikle de yüksek frekans, linearit ve yüksek güç durumunda davranış modeli neredeyse tek seçenektir. Diğer durum, doğruluğun zayıf olması, sürekli garanti edilemez ve test teknolojisi ve doğruluk tarafından etkilenir. Diğeri komponentin çalışma prensipine dayanıyor. Komponentünün matematiksel denklemesinden başlayınca, alınan aygıt modeli ve model parametreleri aygıtın fiziksel çalışma prensipiyle yakın bağlı. SPICE modeli bu modelin en geniş kullanılmasıdır. Özellikle modelleme metodlarının gelişmesi ve yarı yönetici teknolojisinin gelişmesi ve özellikleriyle insanlar bu modeli farklı doğruluk ihtiyaçlarını yerine getirmek için çoklu seviyede sağlayabilirler. Önemli durum, model karmaşık ve hesaplama zamanı uzun.

Genelde sürücü ve alıcı modelleri aygıt üreticisi tarafından sunuyor ve yayım hattı modeli genelde alan analizicisinden çıkarılır. Paket ve bağlantı modelleri alan analizcisi tarafından çıkarılabilir ya da üretici tarafından sunulabilir.

PCB tahta seviyesi sinyal integritet analizi için kullanılabilecek bir çok model var. Aralarında en sık kullanılan üç model var, yani SPICE, IBIS, Verilog-AMS ve VHDL-AMS.

1. SPICE modeli

Spice, Integrated CircuitEmphasis'le Simülasyon Programının kısayılmasıdır. Yıllardır tarih ile güçlü genel amaçlı analog devre simülatörü. Programı Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley tarafından geliştirildi ve genellikle integral devre devreleri için kullanılır. Analiz program ında Spice ağ listesi format ı sıradan analog devrelerin ve transistor seviyesi devrelerin tanımlaması için standart oldu. Amerikan Ulusal Endüstriyel Standard ı olarak ayarlayın, genellikle IC, analog devre, dijital analog hibrid devre, güç devre ve bunlar gibi elektronik sistemlerin tasarımı ve simülasyonu için kullanılır. Çünkü Spice simülasyon program ı tamamen a çık bir politika kabul ediyor, kullanıcılar onu kendi ihtiyaçlarına göre değiştirebilir. Ayrıca, iyi pratik yapabileceği ve hızlı terfi ediliyor. Çoklu operasyon sistemi platformlarına gönderildi.

Spice'in geleceğinden beri, sürekli güncelleştirildi. Spice2 ve Spice3 gibi birçok sürüm var. Yeni versiyon genellikle devre girdi, grafikler, veri yapısı ve çalışma etkinliğinde geliştiriliyor. Genelde Spice2G5'in en başarılı ve etkili Evet, gelecekteki versiyonlar sadece parça değişikliklerdir.

Aynı zamanda Berkeley'nin Spice Simülasyon program ı algoritmi ile farklı reklam Spice devreleri simülasyon araçları aynı şekilde üretildi. Bilgisayar ve UNIX platformlarında çalışıyorlar. Onların çoğu kaynak kodunun orijinal SPICE2G6 versiyonuna dayalıdır. Bu halka yayınlanan bir versiyon. Versyonlar, Spice'in temel üzerinde birçok pratik işi yaptılar. Daha yaygın Spice Simülasyon yazılımı Hspice, Pspice, Spectre, Tspice dahil eder.

SmartSpcie, IsSpice, etc., bazı algoritmaları aynı olsa da, simulasyon hızı, doğruluk ve konvergence farklıdır. Aralarında Cadence'deki Synopsy ve Pspice'den Hspice en ünlü. Hspice de facto Spice endüstri standart simülasyon yazılımıdır. Sanayide en geniş kullanılan bu. Yüksek doğruluk ve güçlü simülasyon fonksiyonların özellikleri var. Ancak, ön tarafı girdi ortamı yok ve a ğ listesi dosyasını önceden hazırlaması gerekiyor. İlk kullanıcılar için uygun değil. Tümleşik devre tasarımı için ana uygulama; Pspice, özel kullanıcılar için en iyi seçimdir. Grafiksel ön ön girdi ortamı, dost kullanıcı arayüzü ve yüksek maliyetli performansı var. Çoğunlukla PCB tahtasında ve sistem seviyesinde kullanılır.

SPICE simülasyon yazılımı iki parça içeriyor: model ve simülatör. Çünkü model ve simülatör sıkı bir şekilde birleştirildi, kullanıcılar için yeni model tipleri eklemek çok zor, ama yeni modelleri eklemek kolay, ve sadece mevcut model tipleri için yeni parametreler ayarlamak gerekiyor.

SPICE modeli iki parçadan oluşur: model denklemler (ModelEquations) ve model parameters (ModelParameters). Model denklemi verildiğinden beri SPICE modeli simulatörün algoritmi ile yakın bağlantılı olabilir ve daha iyi analiz etkiliği ve analiz sonuçları elde edilebilir.

Şimdi SPICE modeli elektronik tasarımlarda geniş kullanıldı. Çizgi DC analizi, linear geçici analizi ve devrelerin linear AC analizi yapabilir. Analiz devrelerin komponentleri dirençlik, kapasitet, induktans, karşılaşma induktans, bağımsız voltaj kaynakları, bağımsız şu anki kaynakları, çeşitli lineer kontrol edilmiş kaynakları, yayım hatları ve aktif yarı yönetici aygıtları dahil edebilir. SPICE, yarı yönetici cihaz modelleri in şa etti, kullanıcılar sadece model seviyesini seçmeli ve uygun parametre sağlamalıdır.

SPICE modelini PCB tahta seviyesinde SI analizi yapmak için kullandığında, IC tasarımcısı ve üreticisi integral devre I/O birimi altdevre modelinin SPICE modelinin detaylı ve doğru bir tanımlaması ve yarı yönetici özelliklerinin üretim parametrolarını sağlaması gerekir. Çünkü bu maddeler genellikle tasarımcıların ve üreticilerin gizliliğine ait, sadece birkaç yarı yönetici üreticileri çip ürünlerini verirken uygun SPICE modellerini sağlayacak.

SPICE modelinin analizi doğruluğu genellikle model parametrelerin kaynağına bağlı (yani verilerin doğruluğu) ve model denklemlerin uygulanabilir alanına bağlı. Çeşitli dijital simülatörler ile model denklemlerin birleşmesi de analizin doğruluğuna etkileyebilir. Ayrıca, PCB tahta seviyesi SPICE modelinin büyük bir miktar simülasyon hesaplaması var ve analiz relativ zamanlı kullanıcıdır.

İki, IBIS modeli

IBIS I/OBufferInformationSpecification'nin kısayılmasıdır. Bu, I/V eğri tabanlı I/OBUFFER'i hızlı ve tam olarak modelleme yöntemi. Çip sürücüsünün ve alacağının elektrik özelliklerini etkileyen uluslararası standartdır. Sürücü kaynak çıkış impedansı, yükselme/düşme zamanı ve giriş yükü gibi parametreleri kaydetmek için standart dosya formatı sağlıyor. Bu, oscilasyon ve karıştırma gibi hızlı devre tasarımında hesaplamak ve simülasyon için çok uygun.

EDA şirketleri, IC teminatçıları ve sonraki kullanıcıları birleştirmek için IBIS format ı geliştirme komitesi kuruldu ve IBIS Açık Forum da doğdu. EDA üreticilerinden, bilgisayar üreticilerinden, yarı yönetici üreticilerinden ve üniversitelerden oluşturulmuş.

1993 yılında forma geliştirme komitesi ilk standart IBIS'in 1.0 sürümünü başlattı ve sürekli yenilenmiş. En son resmi versiyon 2004 yılında yayınlanmış Sürüm 4. 1. V4.1 genellikle çoklu dil modelini ekliyor. BerkeleySPICE, VHDL-AMS ve Verilog-AMS için destek, IBIS modeli tüm sistemi modelleme yeteneği var ve modellerin menzili büyük genişletildi, fakat bu modelleri aynı zamanda destekleyen hibrid simülasyon motoru gerekiyor. Simülasyon, bu yüzden model yazılımının büyük ölçekli uygulaması zaman alacak. IBIS standarti EIA tarafından tanındı ve ANSI/EIA-656-A standart olarak tanındı. Her yeni versiyon yeni içerikleri ekleyecek, fakat bu yeni içerikler sadece gerekli öğeler yerine IBIS model dosyasındaki seçeneksel öğelerdir. Bu, IBIS model in in arka tarafından uyumluluğunu sağlayan öğelerdir.

Dizinlerce EDA şirketleri IBIS açık forumun üyeleri oldu. IBIS destekleyen EDA şirketleri farklı aygıtlar için IBIS modelleri ve yazılım simülasyon araçlarını sağlar. Daha fazla yarı yönetici üreticileri ürünlerinin IBIS modellerini sağlamaya başladılar. IBIS modeli, I/O biriminin ve transistor üretim parametrolarının iç tasarımını tanımlaması gerekmiyor çünkü yarı yönetici üretimciler tarafından hoşgeldiler ve desteklendiler. Şimdi bütün büyük dijital integral devre üreticileri çipleri sağlayarken uygun IBIS modellerini sağlayabilir.

IBIS belirtisi kendisi sadece bir dosya format ıdır. Bir çip s ürücüsünün ve alıcının farklı parametrelerini standart IBIS dosyasında nasıl kaydedileceğini a çıklıyor, fakat bu kaydedilen parametrelerin nasıl kullanıldığını açıklamıyor. Bu parametreler IBIS modeli tarafından kullanılmalı. Okumak için simülasyon aracı.

IBIS modeli sadece sürücüsün ve alıcının davranışlarının bir tanımlamasını sağlıyor, ama devreğin iç yapısının bilgisayar özelliklerini sızdırmıyor. Diğer sözleriyle satıcılar, yarışmacılarına çok fazla ürün bilgilerini göstermeden son kapı seviyesi tasarımını göstermek için IBIS modelini kullanabilirler. Ayrıca, IBIS basit bir model olduğu için PCB masa seviyesi simülasyonu tablo bakış hesaplamalarını kullanır. Bu yüzden hesaplama miktarı küçük, hesaplama miktarı 10-15 kat daha fazla hesaplama miktarı tam Spice triode seviyesi modeli simülasyonuyla karşılaştırıyor.

IBIS sürücünün yüksek seviye ve düşük seviye durumlarını temsil eden iki tamam I/V eğri ve eyalet geçiş eğrilerini belirli bir dönüştürme hızında temsil ediyor. I/V eğrinin fonksiyonu, koruma diodileri, TTL totem pol sürücü kaynakları ve takip eden izleyici çıkışları gibi çizgi etkileri modelleme yeteneğini sağlamak. IBIS model in in analizi doğruluğu genellikle I/V ve V/T masalarındaki veri noktalarının sayısına ve verilerin doğruluğuna bağlı.

Spice modeli ile karşılaştırıldığında, IBIS modelinin avantajları böyle toplanabilir:

Paketin ve ESD yapısının parazitik parametrelerini hesaplayarak, I/O çizgi olmayan modelleri sağlayabilir;

Yapılandırılmış yöntemden daha hızlı simülasyon hızını sağla; v

Sistem tahta seviyesi veya çoklu tahta sinyal integritet analizi ve simülasyonu için kullanılabilir. IBIS modeli tarafından analiz edilebilecek sinyal bütünlük sorunları: karşılaştırma, refleks, oscillation, aşağılık, aşağılık vurma, uyumlu bir impedans, yayılma hattı analizi ve topoloji analizi içeriyor. IBIS özellikle yüksek hızlı oscilasyon ve karşılaştırma simülasyonu doğru ve kesinlikle yapabilecek. Fiziksel testi tarafından çözülmeyecek bazı durumlar altında en kötü olası sinyal davranışlarını tanımak için kullanılabilir; v

Modeller özgürce yarı yönetici üreticilerinden alınabilir ve kullanıcılar modeller için fazlasını ödemeye gerek yok; v

Sanayide geniş bir dizi simülasyon platformlarıyla karşılaştırılmış, neredeyse bütün sinyal integritet analiz araçları IBIS modellerini kabul ediyor. v

Tabii ki, IBIS mükemmel değildir, ayrıca bu kısıtlıkları da var:

Birçok çip üreticisi IBIS modeli için destek yoktur. v

IBIS modeli olmadan, IBIS araçları çalışamaz. IBIS dosyaları Spice modelleri aracılığıyla el olarak veya otomatik olarak dönüştürülebilir. Eğer en az yükselen zaman parametreleri üreticisinden alınamazsa, hiçbir dönüştürme aracı hiçbir şey yapamaz.

IBIS, kontrol edilen yükselme zamanıyla sürücü türü devreleri, özellikle karmaşık tekrarlamaları içeren devreleri, ideal olarak idare edemez;

IBIS'nin yeryüzü bomba sesini modelleme yeteneği yoktur. IBIS modelinin 2.1 sürümü, farklı pin kombinasyonlarını tanımlayan karşılaştırma etkinliği içeriyor. Bundan bazı faydalı yere çıkarma bilgileri çıkarılabilir. Bunun çalışmadığı neden modelleme yöntemi. Çıkış yüksek seviyeden düşük seviye atladığında, büyük yere sıçma voltasyonu çıkış sürücünün davranışını değiştirebilir. v

Üç, Verilog-AMS modeli ve VHDL-AMS modeli

Spice modeli ve IBIS modeli ile karşılaştırıldı, Verilog-AMS ve VHDL-AMS modelleri daha sonra görünüyor ve davranış modeli dilidir. Donanım davranışları seviyesi modelleme dilleri olarak Verilog-AMS ve VHDL-AMS Verilog ve VHDL'in süper setleri, Verilog-A Verilog-AMS'in altı setidir.

AMS dilinde SPICE ve IBIS modellerine benzemeyen analog/karışık sinyal dilinde, komponenlerin davranışlarını tanımlayan denklemler yazmak kullanıcısına bağlı. IBIS modeli gibi, AMS modelleme dili birçok farklı tür simülasyon araçlarında kullanılabilecek bağımsız bir model format ıdır. AMS denklemleri de birçok farklı seviyede yazılabilir: transistor seviyesi, I/O birim seviyesi, I/O birim grubu, etc. Tek ihtiyacı, üretici portu girdi/çıkış ilişkisini tanımlayan bir denklem yazabilir.

Aslında, AMS modeli de elektrik sistemsiz komponentler için kullanılabilir. Genelde modeli simulasyonu hızlandırmak için daha basit yazılabilir. Daha detaylı bir model genellikle simülasyon için daha fazla zaman gerekiyor. Bazı durumlarda, relatively basit bir davranış modeli Spice modelinden daha doğrudur.

Verilog-AMS ve VHDL-AMS ikisi de yeni standart olduğundan beri, sadece son beş yıl içinde kabul edilmiştir. Şimdiye kadar sadece birkaç yarı yönetici üreticisi AMS modellerini sağlayabilir. AMS'i destekleyen simülatörler SPICE ve IBIS'den daha iyidir. Daha az. Ancak, PCB tahta seviyesi sinyal integritet analizinde AMS model in in uygulanabilirliği ve hesaplama doğruluğu SPICE ve IBIS modellerine daha aşağı değildir.

3. 21999

4. 12004VHDL- AMS1999

Verilog-AMS1998

4 model doğrulama

Ne model ve simülasyon aracı seçmeye karar verirseniz, kullandığınız metod etkili olmalı. En azından modelin tam ve tamamlanması garanti edilmeli. Örneğin, bir alıcının IBIS modeli Vinl ve Vinh değerlerini dahil etmeli ve sürücünün IBIS modeli Vmeas değerini dahil etmeli. IBIS modelinin veri sayfası Mentor'un VisualIBISEditor ya da Cadence'in ModelIntegrity aracı gibi grafik görüntüleme araçlarıyla kontrol edilebilir.

Aynı zamanda model simülatörün testini geçebilir. Modeli doğrulamak için basit nokta-nokta bağlantısı kullanılabilir, yani konverģenci sorunları olup olmadığını keşfetmek gibi. İşbirliğin en azından bir yayım hattı dahil olması gerektiğini unutmayın, böylece göz kulak edilsin. Yıldırma, aşağılık ve çarpma diotlarının çarpma özellikleri.

Sonunda modeli gerçek donanım testi üzerinden tekrar kontrol edilmeli. Tabii ki, cihazın gerçek çalışma koşulları simülasyon parametrelerine tamamen uyumlu olamaz ve alınan ölçülü veriler simülasyon sonuçlarıyla tamamen uyumlu olamaz, fakat refleks cihaz özellikleri aynı yük koşulları altında olduğu gibi, kenarın bağlantısı ve aşağılığı gibi uyumlu olmalı. Enflet, sinyal eğri gibi olmalı.

5 Model seçimi

Bütün PCB tahta seviyesi sinyal integritet analizi tamamlamak için birleştirilmiş modeller yok, yüksek hızlı dijital PCB tahtasının tasarımında, üstündeki modelleri en büyük ölçüde anahtar sinyallerin ve hassas sinyallerin transmisi modelini oluşturmak için gerekli.

Mühendislik pasif komponentler için üreticiler tarafından verilen SPICE modellerini arayabilirsiniz, ya da deneysel ölçümler üzerinde basitleştirilmiş SPICE modellerini düzenleyebilirsiniz, ya da modellere özellikle modellendirme araçlarını (3B ve 2D elektromagnet alan modelleri çıkarma yazılımı gibi) kullanabilirsiniz.

Anahtar dijital integral devreler için, IBIS modelleri veya Spice gibi üreticiler tarafından verilen modelleri aramalısınız. Şu anda, çoğu integral devre tasarımcıları ve üreticileri, Web siteleri veya diğer metodları üzerinden çips sağlayarken gerekli IBIS modellerini sağlayabilir. IBIS modelleri genellikle temin edilmiyor. Eğer gerekirse, üreticilerden alınabilirler.

Eğer üreticisinin IBIS modeli bulunmuyorsa, kritik olmayan integral devreler için, benzer ya da öntanımlı IBIS modeli de çip pinlerin fonksiyonuna göre seçilebilir. Tabii ki, deneysel ölçülerle de basitleştirilmiş bir IBIS modeli oluşturulabilir.

PCBboard'daki yayınlama satırı için basitleştirilmiş yayınlama satırı SPICE modeli sinyal integritet ön analiz ve uzay çözme analizinde kullanılabilir ve gerçek düzenleme tasarımına göre tamamen yayınlama satırı SPICE modeli analizinde kullanılmalı. Eğer daha doğru analiz gerekirse ve transmis çizgisinin doğru modellemesi gerekirse, iki boyutlu ya da üçboyutlu model çıkarma araçları kullanılabilir.