Luettelo
1. Perusjohdanto
2. Simulaatioprosessien vertailu
2.1. Näkymien erot
2.2. Erot simulointitulosten käsittelyssä
2.3. Erot esikäsittelyssä-
2.4. Erot ajokoodityypeissä
3. Tulosten vertailu
3.1. Lue toiminta
3.2. Kirjoita operaatioita
4. Mallinkäsittely
4.1. IBIS malli
4.2. S-parametrimalli
5. Raportin luominen
6. Yhteenveto
On olemassa monia{0}}nopeiden signaalien simulointityökaluja, ja tärkeimmät suuret käyttäjäryhmät sisältävät Sigrity, Siwave, Hyperlynx, ADS, CST ja niin edelleen. Jokaisella työkalulla on oma musta teknologiansa takana, ja kaiken kaikkiaan se kehittyy kohti tarkkuutta, tehokkuutta ja mukavuutta.
Tässä artikkelissa vertaillaan Siwaven ja Sigrityn eroja SI-simulaatiossa, ja aloitteleville käyttäjille yksi niistä voidaan valita helposti aloitettaviksi. Kirjoittaja itse on taitavampi Siwaven kanssa, ja Sigrityä käytetään vain päivittäisenä vertailuviitteenä.
1. perusjohdanto
Tämän artikkelin simulointikohde on NXP:n virallisella verkkosivustolla oleva i.MX8QXP-kehityskortti. (i.MX 8 -prosessoriperhe on erittäin integroitu ja edustaa hyvin Infineonin tuotetta, jota käytetään laajalti teollisuusohjauksessa, älykaupungissa, älykodissa ja autoelektroniikassa jne. Se voi tukea grafiikkaa, videota, kuvankäsittelyä, ääni- ja puhetoimintoja ja se voi täyttää turvallisuustodennuksen ja korkean energiatehokkuuden tarpeet.)
PCB-asettelu kokonaisuudessaan on esitetty seuraavassa kuvassa, oranssilla laatikolla merkitty MCU{0}}DRAM-VRM-järjestelmä on tärkein simulointikohde tässä artikkelissa ja kohdesignaali on LPDDR4-signaali.
Kuva. 1 Kehityslevyn piirilevyn yleiskuva
Kuten kuvan 2 kaaviosta (punainen laatikko) voidaan nähdä, kohdepiirin IC-suunnittelu sisältää neljä datasignaalien ryhmää, neljässä datasignaaliryhmässä simulointia varten osoitelinjan simulointimenetelmä on sama, joten tämä artikkeli ei toistu. (DDR-signaalimäärittelyn mukaan koko DRAM-järjestelmän datasignaali signaalin nopeimmalla nopeudella, jota seuraa osoitesignaali, on simulointi- ja testifokus verkossa, koska koko simulointiprosessin on viitattava JEDEC-standardin spesifikaatiovaatimuksiin, joten sinun on ymmärrettävä DDR-signaalimäärittely, en tiedä, että lukija voi katsoa aiemman ADRNS4-simulaationi DDR4YS:lle.)
Kuva 2 DDR-osio kehityskortin kaaviosta
Simulaatiopinon asetukset on esitetty kuvassa 3 sen varmistamiseksi, että piirilevyasetukset ovat johdonmukaisia ja että samaa pinoasetusta käytetään sekä Siwavessa että Sigrityssä.
Kuva 3, piirilevyjen pinoaminen
Koska simulaatiossa huomioidaan signaalin SSN-ilmiö, PDN:n vaikutus on otettava huomioon samanaikaisesti ja laiteparametrit asetetaan yhdenmukaisesti seuraavan taulukon mukaisesti.
| mallin parametri | bitin numero | kapasiteettia |
| GRM152D70E224ME19 | C24,C25,C26,C27,C28C29,C30,C35,C36,C37,C38,C43,C44,C45,C46,C55,C56,C57,C62,C1646,C1647,C1648,C1649,C1651,C1652,C1653, C1654,C1655,C1656,C1657 |
2.2E-7 |
| GRM152R60J105ME15 | C68,C69 | 1E-6 |
| GRM155C71A225ME11 | C47,C48,C49,C50,C51,C52,C63,C64,C65,C66,C67,C70,C71,C72,C1645,C1650 | 2E-6 |
| GRM31CC80J226ME19 | C18,C19,C20,C39,C40,C41,C42,C133,C134 | 2.2E-5 |
Taulukko 1, Tehoverkkokondensaattorien parametriluettelo
Jälleen vertailun vuoksi laitteen käyttö- ja vastaanottoparametrit Siwave- ja Sigrity-sisäisissä asetetaan alla olevan taulukon mukaisesti.
| tila | Parameter | Arvo |
| Lukea | DRAM Slew | PD60-ODT40-VOH30 |
| SOC | ODT - 60 ohmia | |
| Write | SOC Rout | 80 ohmia |
| DRAM | ODT - 40 ohmia |
Taulukko 2, Laiteohjaimen parametrien asetustaulukko
Lopuksi voimme esitellä lyhyesti kaksi ohjelmistoa, joiden avulla aloittelijat voivat tehdä omia valintojaan.
(1) Siwave on ANSYS:n julkaisema ohjelmisto, joka sisältyy ANSYSElectronics Desktopiin (yleensä tunnetaan myös nimellä "Electronics Desktop"), Electronics Desktop on pääasiassa sähködynaamista simulointia varten, ja se voi täyttää kaikenlaisen simulaation tarpeet tasavirrasta terahertsiin. Kolmea moduulia Siwave, Circuit ja HFSS 3D layout käytetään pääasiassa piirilevyjen ja vastaavien piirien -PCB-simulaatiotarpeiden käsittelemiseen. Ohjelmiston ominaisuuksista signaalin eheyden simulointi on vain yksi ANSYS-elektronisen työpöydän monista ominaisuuksista tehoelektroniikkasimuloinnin, RF- ja antennisimulaation, magneettikomponenttien simulaation ja moni-fyysisen kentän nivelsimuloinnin lisäksi. ANSYS on hyvä valinta, jos käyttäjillä on monimutkaisempia ja vaihtelevia simulointitarpeita. Valitettavasti ANSYS:llä ei ole Layout-työkalua, mikä johtaa siihen, että sen PCB-simulaatioiden täytyy käsitellä tarvetta käyttää Cadencea ja muita EDA-yrityksiä suorittamaan joitakin ohjelmiston piirilevyjen esikäsittelytöitä-, mikä on piirilevyn optimointia paljon vähemmän kätevää kuin Layout-työkalun mukana tuleva simulointiohjelmisto.
(2) Sigrity on kadenssin tuote. Korkeiden sirusuunnittelutyökalujen lisäksi käytämme yleensä Cadence-ohjelmistopaketteja pääasiassa Orcad ja Allegro sekä Pspice ja Sigrity. Kaikki tiedämme Orcad- ja Allegro-toiminnot, pääasiassa kaavamaiset ja asettelut, Pspice-piirisimulaatiotyökalut, Sigrity PCB-simulointityökaluille. Sigrity on PCB-simulointityökalu, joka sisältää System SI:n, Power SI:n, Power DC:n ja muita moduuleja, jotka täyttävät signaali- ja tehoanalyysin PCB-simuloinnin tarpeet sekä suunnittelu- ja simulointitarpeet. SIgrity ja SIwave ovat hyvin samankaltaisia algoritmeissa, molemmat käyttävät hybridialgoritmia, joka sisältää FEM:n, momenttien menetelmän ja siirtolinjamenetelmän. Kuten näet täältä, Cadence, Sigrityn takana oleva yritys, ei pysty käsittelemään monimutkaisia EMF-simulaatiotarpeita, mutta se on auktoriteetti Layoutissa ja CAD:ssä. Ja oppimiskustannuksista Sigrityn on helpompi päästä alkuun suhteellisella tiedolla.
2. Simulaatiovirran vertailu
DDR:n simuloinnissa Siwavella ja Sigrityllä on samanlainen kokonaisprosessi: Siwave poimii PCB:n S-parametrit itse ja rakentaa sitten järjestelmäpiirit Circuitissa simulointia varten; Sigrity poimii PCB:n S--parametrit Power SI:n avulla ja rakentaa sitten järjestelmäpiirit System SI:ssä simulointia varten; Sigrity poimii PCB:n S--parametrit Power SI:n avulla ja rakentaa sitten järjestelmäpiirit System SI:ssä simulointia varten; ja Sigrity rakentaa järjestelmäpiirit SI:ssä. SIgrity puolestaan poimii S--parametrit PCB:istä Power SI:n kautta ja rakentaa sitten järjestelmäpiirejä System SI:ssä simulointia varten.
2.1 Katseluerot
Kun Siwave on integroitu piiriin, piirin yleinen topologia on selkeästi määritelty ja keskeiset tiedot näkyvät melkein kokonaan päänäkymässä.
Kuva. 4, piiriin rakennettu DDR-simulaatiotopologia
Sigrityn järjestelmärajapinnan pääikkuna on ytimekkäämpi verrattuna käyttäjän tarpeeseen muokata piirejä, mikä on tehtävä kaksoisnapsauttamalla asianmukaista kuvaketta ja lisätietoa on piilotettu toissijaiseen käyttöliittymään.
Kuva 5: Sigrityssä sisäänrakennettu DDR-simulaatiotopologia
2.2 Erot simulointitulosten käsittelyssä
Siwavea käytettäessä käyttäjän tulee kutsua esiin simulaation tulokset ja silmädiagrammin viennissä manuaalisesti asetettava käyttöliittymäaika, ja ajoparametrien, signaalin nopeuden jne. uudelleen-muokkauksessa alkuperäiset tulokset tyhjennetään, jos haluat säilyttää, se on kopioitava manuaalisesti, lyhyesti sanottuna manuaalisen osan toiminnan kokonaisprosessi hieman enemmän.
Kuva. 6, piirisimuloinnin tulosrajapinta
Päinvastoin, Sigrityä käytettäessä simulointitulokset generoidaan automaattisesti, myös yleisten tulosten, kuten silmädiagrammien, esittäminen on automatisoitunut ja ohjelmisto voi myös automaattisesti tallentaa jokaisen simulaation tulokset, kun käyttäjä tekee toistuvia muokkauksia taajuusmuuttajan parametreihin, signaalinopeuteen ja niin edelleen. Eli koko prosessi on automaattisempi.
Kuva 7: System SI -simuloinnin tulosrajapinta
2.3 Erot esikäsittelyssä-
Siwave on kattavampi mallien esikäsittelyssä korkeamman integrointiasteensa ansiosta, mikä antaa täyden mahdollisuuden ANSYS eDesktopin tehokkuuteen, mukaan lukien S-parametrien yhteensopivuuden tarkistus, IBIS-mallin tarkistus, korjaus, uudelleen{1}}muokkaus jne. Minusta se on mielestäni ammattimaisempaa. Siksi olen henkilökohtaisesti sitä mieltä, että se on ammattimaisempaa.
Kuva. 8, Siwaven S-parametrimallien käsittely
Kuva 9, Siwaven IBIS-mallin käsittely
Kuva 10, Cadencen oma IBIS-mallinnustyökalu
2.4 Erot kuljettajakoodityypeissä
Siwaven ja Sigrityn välillä on joitain eroja ajurikoodityyppien suhteen. Niistä Siwave käyttää oletuksena PRBS-koodityyppiä, ja jokainen verkkokoodityyppi voidaan asettaa järjestelmän luomaan satunnaisesti.
Kuva 11: Koodityypin asetusliittymä Siwavessa
Sigrity on samanlainen ohjainkuvion asetuksissa, mutta lisätoiminnolla kanavan havaitseminen, joka voi luoda "pahimman tapauksen" ohjainkuvion kanavan vasteominaisuuksien perusteella. Tämä kohta ottaa pääasiassa huomioon PDN:n SSN-vaikutuksen, Larry Smithin (Qualcomm PI:n pääasiantuntija) artikkelin mukaan tietyn koodityyppisen aseman järjestelmä voidaan laukaista aiheuttaakseen järjestelmän kaatumisen, ja tämä ilmiö määritellään Rogue Waveksi. Tästä näkökulmasta WORST CASE on kätevämpi tapa testata DDR-järjestelmän kestävyyttä.
Kuva 12, Sigrity-koodin luontityökalu
3. Tulosten vertailu
Signaalinopeudeksi on asetettu 4,266 Gbps ja tulokset saadaan vastaavasti simuloinnilla.
3.1 Lue Käyttö
Voidaan nähdä, että kahden työkalun tulokset lukuoperaatiossa ovat periaatteessa samat, aaltomuodon yksityiskohdissa on joitain eroja, kuten Sigrity-aaltomuodon silmän korkeus on hieman pienempi kuin Siwave-tulokset. Henkilökohtaisesti luulen, että suurin syy on se, että näiden kahden työkalun välillä on joitain eroja IBIS-mallitietojen käsittelyssä. (Miksi ei ero S-parametrituloksissa? Syy on seuraavassa.)
Kuva 13, Byte0-tulosten vertailu
Kuva 14, Byte1-tulosten vertailu
Kuva 15, Byte2-tulosten vertailu
Kuva 16, Byte3-tulosten vertailu
3.2 Kirjoitustoiminto
Kirjoitusoperaatiotuloksissa näiden kahden välillä on valtava ero, sillä Siwave saavutti huomattavasti parempia tuloksia kuin Sigrity, jolla on erittäin huono korkean tason amplitudin konsistenssi, mikä johtaa huomattavasti paksumpaan "silmäluomiin" kuin Siwave-tulokset.
Kuva 17, Byte0-tulosten vertailu
Kuva 18, Byte1-tulosten vertailu
Kuva 19, Byte2-tulosten vertailu
Kuva 20, Byte3-tulosten vertailu
4. Mallin käsittely
4.1 IBIS malli
Wei-hsing Huangin (SPISim USA:n pääkonsultti, jonka ANSYS hankki myöhemmin) blogikirjoituksen mukaan IBIS-mallin käytölle on ylätaajuuden raja, jonka ylittyessä puskurilla ei ole tarpeeksi aikaa suorittaa siirtymiä nousun, laskun tai molempien välillä. Tämä tilanne voi johtaa epäjatkuvuuksiin, häiriöihin tai jopa ei--konvergenssiin simulointiprosessissa. Määrittelemme tämän ilmiön ylikellotukseksi.
Ylikellotus on olemassa NXP:n verkkosivuston tarjoamassa MCU-mallissa. Avaamalla sen DDR-ajurin aaltomuodon voimme nähdä, että sen nousevan reunan pituus on saavuttanut 10 ns, mikä on ylittänyt vakavasti minimikoodin leveyden 4,266 Gbps.
Siwavessa on integroitu IBIS-mallin esikäsittelytoiminto, joka maksimoi aaltomuodon leveysosan trimmauksen korkeampien taajuusvaatimusten täyttämiseksi. Kuten alla olevasta kuvasta voidaan nähdä, optimoitu aaltomuodon nousevan reunan leveys on pienempi kuin 800 ps.
IBIS-mallin tarkistustoiminto sisältyy myös Sigrityyn ja tarkistaa vaatimustenmukaisuuden. Se rajoittuu kuitenkin vain tarkistamiseen, eikä se löydä osia, jotka on optimoitu edelleen käsittelyä varten. Tästä syystä tulosten välillä on suuri ero kirjoitustilassa.
Kuva 23, IBIS-mallin tarkistustoiminto Sigrityssä
4.2 S-parametrimalli
Käytettäessä Sigrity, havaitsi, että sen Power Si sukupolvessa S-parametrimalli on ei--konvergenssi tilanne, kahden simulaation tulokset yhdessä vertailua varten, voit nähdä, että kerran on ilmeinen Ei--passiivisuustilanne. Kirjoittaja ei ole varma, miksi tämä tilanne syntyy, ja toivon, että opettajat, jotka tietävät asiasta, voivat vastata tähän kyselyyn.
Kuva. 24, S--parametrien vertailu kahdesta PowerSI-simulaatiosta
5. Raportin luominen
Monimutkaisten DDR-simulaatiotulosten kohdalla on työlästä tarkistaa yksitellen JEDEC-standardiasiakirjojen yhteensopivuus. Siwavella ja Sigrityllä on kypsinä kaupallisina ohjelmistoina täydelliset raportin luontitoiminnot. Sisäänrakennettu-raportin luontitoiminto yksinkertaistaa huomattavasti tätä työn osaa tarkistamalla automaattisesti simulaation tulokset ja tulostamalla vaatimustenmukaisuusraportin.
Sitä vastoin Siwaven raportin luontitoiminto on hankalampi, käyttäjien on siirryttävä tulossignaalin uudelleenmäärittelyyn saadakseen vastaavan simulaatioraportin, samalla Siwaven simulaatioraportista puuttuu avaintietoja, kuten pinoamistiedot, irrotuskondensaattorin tiedot, malliohjaimen asetukset ja tulosasiakirjan verkkosivun muotoa ei voi avata uudelleen-.
Kuva 25, Siwave-yhteensopivuusraportti (osittainen kuvakaappaus)
Kuva 26, Siwave-yhteensopivuusraportti (osittainen kuvakaappaus)
Sigrityn raporttien luominen on suhteellisen helppoa ja kätevää. Käyttäjien ei tarvitse määritellä uudelleen signaalien välistä suhdetta, mutta tarvitsevat vain muutaman yksinkertaisen vaiheen saadakseen täydellisen tulostiedoston signaaliaaltomuodoilla. Tämä on erittäin käyttäjäystävällinen-siwaveen verrattuna.
Kuva 27, Sigrity Compliance Report (osittainen kuvakaappaus)
Kuva 28, Sigrity Compliance Report (osittainen kuvakaappaus)
6. Yhteenveto
Yksinkertaisesta -vierestä-vertailusta voimme nähdä, että kaupalliset SI-simulointityökalut voivat täyttää useimmat simulointitarpeet. Tässä vaiheessa kukaan ei kuitenkaan voi olla täydellinen. Hyödyntämään täysin SI:n arvoa tuotekehitysprosessissa, käyttäjien on voitettava ohjelmiston puutteet.