释放您的信号完整性分(fēn)析潜力

2021-05-12

释放您的信号完整性分(fēn)析潜力

信号完整性分(fēn)析提供了当信号从驱动器传播到接收器时信号衰减量的度量。换句话说，它表示信号沿PCB迹線(xiàn)传播而不失真的能(néng)力。

什么是PCB仿真？

PCB仿真和信号完整性分(fēn)析

进行PCB仿真是為(wèi)了了解電(diàn)路板的实际行為(wèi)。通过快速预览印刷電(diàn)路板的性能(néng)，基本上可(kě)以提高制造效率。准备好PCB布局后，即可(kě)执行仿真（3D電(diàn)磁仿真）。接下来是信号完整性分(fēn)析。

電(diàn)路板制造完成后，将进行范围测量和SI分(fēn)析。SI分(fēn)析执行两次，一次在布局阶段，一次在電(diàn)路板制造后。 

如何释放您的信号完整性分(fēn)析潜力？

这里要考虑三个方面：

了解SI问题的根本原因

拥有(yǒu)逼真的虚拟原型

依靠可(kě)靠的PCB制造商(shāng)

让我们看看这三点如何在PCB设计工作流程中融合在一起。

PCB设计工作流程

電(diàn)路板设计工作流程分(fēn)為(wèi)三个主要阶段。它们是早期设计，PCB布局和PCB制造。系统框图是在早期设计阶段绘制的。PCB布局阶段具有(yǒu)堆叠和布局设计。最后，在制造阶段进行板的制造和组装。虚拟原型通常在制造过程开始之前发送给制造商(shāng)。

虚拟原型的示例

虚拟原型使设计人员能(néng)够在PCB原型制造之前识别并解决与信号完整性，热管理(lǐ)和可(kě)制造性有(yǒu)关的问题。下图显示了Xilinx FPGA ZCU104的虚拟原型。

虚拟PCB原型

通过考虑网络进行仿真。在这里，我们考虑从CPU（发送器）流向HDMI重定时器的信号。信号流如下图所示。

衡量信号损失的指标

在开始仿真之前，对我们来说，预测信号损耗非常重要。可(kě)以使用(yòng)损耗指标手动计算损耗。

信号损耗的计算

走線(xiàn)的長(cháng)度约為(wèi)3英寸，损耗為(wèi)0.1至0.2 dB / in / GHz。信号损耗可(kě)以如下计算：

0.1 x（3英寸）x（10 GHz）= 3 dB;

0.2 x（6英寸）x（10 GHz）= 6 dB

因此，我们可(kě)以预期会有(yǒu)3至6 dB的损耗。

延时计算

我们在FR4中使用(yòng)信号速度来预测时间延迟。那是6英寸/纳秒(miǎo)。可(kě)以如下计算时间延迟：

时间延迟=（迹線(xiàn)的長(cháng)度）/（FR4中的信号速度）；

（3英寸）/ 6 ns = 0.5 ns。预期的时间延迟约為(wèi)0.5纳秒(miǎo)。

差分(fēn)阻抗（Z diff）的计算

我们使用(yòng)经验法则来预测Z diff。

HDMI走線(xiàn)的宽度和间距

HDMI走線(xiàn)的堆叠

HDMI走線(xiàn)的堆叠

堆栈显示，H1為(wèi)3mils，H2為(wèi)2.9mils。可(kě)以使用(yòng)经验法则来计算差分(fēn)阻抗。

阻抗经验法则：如果最小(xiǎo)值（H1，H2）的宽度约為(wèi)1，间距约為(wèi)3W，则差分(fēn)阻抗等于100欧姆。

的差分(fēn)阻抗可(kě)以被计算如下所示：

Z diff   = 100欧姆，如果；W / {min（H1，H2）}等于1，S大于3W。其中W是走線(xiàn)宽度。在此，几乎满足第一条件（W / {min（H1，H2）}等于1）。為(wèi)了满足第二个条件（S应大于3W），间距应在9密耳左右。在这种情况下，间距约為(wèi)4密耳。这意味着差分(fēn)阻抗将小(xiǎo)于一百欧姆。  让我们假设阻抗约為(wèi)90欧姆。

现在，我们有(yǒu)了所有(yǒu)预期值。这些值可(kě)以通过执行快速RapidScan进行交叉验证。请按照以下步骤在Keysight EDS中运行2D RapidScan。

将开发板导入软件。是德科(kē)技ADS SIPro将显示所有(yǒu)导入的電(diàn)路板网

选择HDMI网络（信号从CPU传播到重定时器）。

右键单击并选择选项RapidScan-Z0>分(fēn)析传输。步骤如下图所示。

现在，我们有(yǒu)了所有(yǒu)预期值。这些值可(kě)以通过执行快速RapidScan进行交叉验证。请按照以下步骤在Keysight EDS中运行2D RapidScan。

将开发板导入软件。是德科(kē)技ADS SIPro将显示所有(yǒu)导入的電(diàn)路板网

选择HDMI网络（信号从CPU传播到重定时器）。

右键单击并选择选项RapidScan-Z0>分(fēn)析传输。步骤如下图所示。

下图显示了模拟的预期结果与实际结果之间的比较。

强大的信号完整性仿真工作流程

强大的信号完整性工作流程包括提取通道電(diàn)磁（EM）模型，剖析通道数据以及探索设计空间。下面的流程图显示了鲁棒的信号完整性仿真过程。

提取通道EM模型

仿真工作流程的第一步是提取通道EM模型。在执行此操作之前，我们需要预测值。现在，我们将已知值转换為(wèi)S参数。下图显示了转换后的值。

S参数的期望值

下图显示，对于低频和高频，S参数的期望值和结果值是一致的。

剖析您的频道资料

第一步是将单端走線(xiàn)转换為(wèi)差分(fēn)对。下图显示了将单端走線(xiàn)转换為(wèi)差分(fēn)对的设置。

单端走線(xiàn)到差分(fēn)对的转换

延迟和偏斜计算

以下设置可(kě)用(yòng)于提取时间延迟。

下图显示了期望值与仿真数据一致。

通道模拟

通道仿真将使用(yòng)PRBS（伪随机二进制序列）来评估信号完整性。下图显示了通道仿真的设置。

预期眼图与仿真数据之间的比较如下所示。

眼图清楚地表明仿真结果是张开的眼睛。因此，期望值与仿真数据一致。

探索设计空间

在这一步中，我们对虚拟原型执行均衡和其他(tā)高级分(fēn)析。

观看整个网络研讨会，以获取有(yǒu)关SI分(fēn)析的更多(duō)实践知识。如果您想了解有(yǒu)关信号完整性仿真的任何特定方面的更多(duō)信息，请在评论部分(fēn)让我们知道。