Анализ печатных плат со скоростными интерфейсами в системе Cadence Sigrity SystemSI

Программа Cadence Sigrity SystemSI предоставляет разработчикам печатных плат возможность точного моделирования и обработки высокоскоростных сигналов, начиная с микросхемы-передатчика и заканчивая микросхемой-приемником. Представление рассматриваемого проекта в виде блоков упрощает восприятие и позволяет быстрее освоиться с программой. SystemSI поддерживает модели всех стандартов, использующихся в настоящее время производителями микросхем, и может их автоматически подключать. Программа рассматривает работу каналов передачи данных и параллельных шин в частотной и во временной областях, а также проводит статистическое моделирование. С помощью этих опций SystemSI можно реализовать с первого раза надежные и работоспособные интерфейсы.

Sigrity Systemsi используется для решения следующих задач:

• выполнение всеобъемлющего анализа высокоскоростных параллельных шин и дифференциальных пар;
• проведение анализа точка–точка перед разводкой платы, после ее разводки и в промежутке между этими состояниями;
• оценка соответствия разрабатываемого интерфейса промышленным стандартам;
• быстрое выявление эффектов потерь, отражений, взаимовлияния и шумов одновременного переключения;
• подтверждение влияния неидеальной земли на качество работы всей системы;
• улучшение качества разработки путем выявления потенциальных проблем при одновременном переключении в параллельных шинах передачи данных;
• создание, верификация и применение моделей IBIS AMI при моделировании высокоскоростных дифференциальных пар;
• определение BER и оценка качества работы высокоскоростных SerDes каналов передачи данных;
• снижение затрат на исправление ошибок за счет их раннего обнаружения.

Рассмотрим наиболее значимые и полезные возможности программы.

Моделирование параллельных шин

В настоящее время к высокоскоростным шинам передачи данных, например DDRx, предъявляются строгие требования к одновременности прохождения сигналов по всем структурам, из которых состоит канал. Такими структурами являются чипы–источники, корпуса микросхем и печатные платы с соединительными разъемами. Применяя Sigrity SystemSI с опцией Parallel Bus Analysis, можно учитывать такие эффекты и неидеальности в печатной плате как:

• потери в диэлектриках и проводниках;
• отражения сигнала от локальных неоднородностей в линии передачи данных;
• взаимовлияние символов в последовательности друг на друга (ISI). Как известно, разные последовательности символов передаются по каналу с разным качеством;
• влияние друг на друга соседних линий передачи;
• шум земли из-за одновременного переключения большого количества источников сигналов (SSN).

Все эти аспекты важны при моделировании параллельного интерфейса.

На рис. 1 представлены результаты симуляции интерфейса DDR3.

Рис. 1. Результаты симуляции интерфейса DDR3

Моделирование высокоскоростных дифференциальных пар

Разработка надежных каналов передачи данных на скоростях, превышающих 10 Гбит/с, — непростая задача. Sigrity SystemSI с опцией Serial Link Analysis рассматривает все составляющие канала, включая кристаллы передатчиков и приемников, для получения достоверных глазковых диаграмм и подсчета BER (количество ошибок на миллион переданных битов). Определив влияние шумов и джиттера на качество работы канала, можно быстро внести необходимые правки в проект. Программа полностью поддерживает стандарт IBIS AMI для моделей приемников и передатчиков, что позволяет корректно моделировать приемники, передатчики, а также эмулировать предыскажения и восстановление сигнала тактовой частоты из передаваемого сигнала.

Улучшенный маршрут проектирования

Sigrity SystemSI использует блочную структуру представления данных для быстрой обработки как отдельных сигналов, так и больших параллельных шин. При помощи заранее настроенных под нужды пользователя шаблонов и помощника создания новых проектов можно легко начать работу. В ее процессе можно без труда заменить одни блоки другими, более точно отражающими поведение реальных объектов. Чтобы максимально увеличить точность расчетов, можно применить S‑параметры, сгенерированные из других программ, которые входят в пакет Sigrity. Процедура подсоединения одних моделей к другим обычно очень сложна и вызывает затруднения у специалистов. Компания Cadence автоматизировала этот участок и создала протокол Model Connection Protocol, который избавляет от необходимости выполнять подсоединения вручную. Всевозможные проверки на соответствие интерфейсов действующим стандартам, табличная и графическая формы представления полученных результатов помогут быстро обнаружить и устранить потенциальные проблемы.

На рис. 2 в качестве примера представлены результаты симуляции интерфейса PCIe Gen3 SerDes, включая модели IBIS AMI и взаимовлияние близлежащих каналов.

Рис. 2. Результаты симуляции интерфейса PCIe Gen3 SerDes, включая модели IBIS AMI и взаимовлияние близлежащих каналов

Максимальная достоверность расчетов

Полагать, что земля и питание идеальны, — очень опасно при проектировании современных высокоскоростных устройств. Шумы легко распространяются по всем структурам, из которых состоит канал передачи данных. Это происходит из-за применения материалов с низкими потерями. При проектировании многогигабитных каналов передачи данных конечное качество канала может значительно уменьшиться из-за даже очень незначительных шумов, передаваемых по системе питания микросхем. Инструменты Sigrity позволяют получить модели реальных каналов, учитывающие все неидеальности в земле и питании. Это очень важно, поскольку влияние шума в земле и питании оказывается более существенным, чем взаимовлияние двух параллельных проводников друг на друга. Способность корректно обрабатывать структуру PSPICE-моделей для приемников и передатчиков позволяет средству Sigrity SystemSI учитывать такие эффекты взаимодействия, которые не рассматриваются в других программах

Интеграция

• Программа SystemSI работает под управлением Microsoft Windows, Linux и поддерживает многопроцессорные системы.
• Имеется возможность импорта данных из Cadence, Mentor Graphics, Altium, Zuken, P‑CAD и др.
• Работает в тесной интеграции с программами Cadence Sigrity PowerSI и Sigrity 3DEM, позволяющими извлекать S‑параметры из топологии печатных плат для дальнейшего анализа целостности сигналов.