HyperLynx Hybrid Solver

Το HyperLynx Hybrid Solver είναι ένας διαλυτής αποσύνθεσης που έχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικά μοντέλα για πολυεπίπεδες ηλεκτρονικές δομές όπως PCB και εύκαμπτα καλώδια. Είναι στενά ενσωματωμένο με το HyperLynx Signal and Power Integrity για να παρέχει ακριβείς, αυτοματοποιημένες ροές εργασίας ανάλυσης συστήματος.

Πόροι HyperLynx

Υβριδικές εφαρμογές λύτη

Ο υβριδικός λύτης HyperLynx Hybrid αποσυνθέτει ένα σχέδιο σε ίχνη, επίπεδα και διόδους δημιουργώντας ένα μοντέλο για κάθε ενότητα και στη συνέχεια επιλύοντας τη συνολική συμπεριφορά χρησιμοποιώντας μια ποικιλία διαφορετικών μεθόδων επίλυσης. Υποθέτει ότι η δομή είναι επίπεδη (ή στην περίπτωση των καλωδίων, μια διατομή) έτσι ώστε αυτές οι αναλυτικές τεχνικές να είναι έγκυρες. Οι υβριδικοί επιλυτές είναι λιγότερο απαιτητικοί σε υπολογισμό και μνήμη από την επίλυση πλήρους κύματος και ως αποτέλεσμα μπορούν να μοντελοποιήσουν μεγαλύτερες δομές. Όπου η μέθοδος «cut and stitch» χρησιμοποιείται για τη μοντελοποίηση διαδρομών σήματος με έναν επιλυτή πλήρους κύματος, ένας υβριδικός λύτης μοντελοποιεί ολόκληρη τη διαδρομή σήματος και εκτελεί την αποσύνθεση στον επιλυτή.

Ο υβριδικός λύτης HyperLynx Hybrid είναι ιδανικός για την εκτέλεση ανάλυσης με γνώμονα την ισχύ ολόκληρων διεπαφών DDR, όπου η καταγραφή των επιπτώσεων της κοινής χρήσης ρεύματος διαδρομής επιστροφής και του θορύβου ταυτόχρονης μεταγωγής (SSN) είναι σημαντική. Είναι επίσης ιδανικό για ακεραιότητα ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος πλήρους πλακέτας, μοντελοποίηση πυκνωτών αποσύνδεσης και παροχή ισχύος σε ακίδες ολοκληρωμένου κυκλώματος. Ο υβριδικός λύτης είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για την ακεραιότητα ισχύος επειδή μοντελοποιεί μερικά επίπεδα ισχύος και συναφή εφέ περιθωρίου.

Ανάλυση διαδρομής επιστροφής

Ακεραιότητα σήματος με επίγνωση ισχύος

Η παραδοσιακή ακεραιότητα σήματος προϋποθέτει ότι τα σήματα έχουν ιδανικές διαδρομές επιστροφής. Υπάρχουν πάντα πάνω από ένα επίπεδο αναφοράς, χωρίς ασυνέχεια αναφοράς κατά την εναλλαγή στρώσεων επιπέδου σήματος. Παραδοσιακά θεωρείται επίσης ότι η ιδανική ισχύς παραδίδεται στα buffer εξόδου της συσκευής.

Στον πραγματικό κόσμο, τα ρεύματα επιστροφής που ρέουν σε ένα επίπεδο αναφοράς πρέπει να βρουν μια συνεχή ηλεκτρική διαδρομή προς ένα άλλο, το οποίο συνήθως περιλαμβάνει κοντινές διόδους ραφής. Οποιαδήποτε εκτροπή του ρεύματος επιστροφής δημιουργεί πρόσθετη επαγωγή που επηρεάζει τη συμπεριφορά του σήματος και μπορεί να οδηγήσει σε σύζευξη μεταξύ σημάτων μέσω ενός φαινομένου γνωστού ως κοινή χρήση ρεύματος επιστροφής. Ομοίως, η ράγα ισχύος σε ένα buffer εξόδου δεν είναι ιδανική και η τάση του οδηγού μπορεί να πέσει εάν πολλές έξοδοι αλλάζουν ταυτόχρονα προς την ίδια κατεύθυνση. Η ποσότητα πτώσης τάσης καθορίζεται από τον ρυθμό άκρης εξόδου, την ισχύ του οδηγού, ένα εφέ μεταγωγής γνωστό ως ρεύμα λοστού και την ποσότητα χωρητικής αποσύνδεσης υψηλής συχνότητας που εξυπηρετεί αυτήν την περιοχή του καλουπιού. Η πτώση της ράγας ισχύος εξόδου μειώνει την ισχύ που διατίθεται στον οδηγό εξόδου, μαλακώνοντας και επιβραδύνοντας τον ρυθμό άκρης εξόδου. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως ταυτόχρονος θόρυβος μεταγωγής ή SSN. Το SSN μειώνει τα περιθώρια λειτουργίας του σήματος και, σε σοβαρές περιπτώσεις, μπορεί να κλείσει το διαθέσιμο μάτι στην είσοδο του δέκτη.

Η χρήση μιας ιδανικής διαδρομής επιστροφής σήματος επιτρέπει τη γρήγορη μοντελοποίηση, αλλά παραμελεί τα αποτελέσματα της διαίρεσης ίχνης, της κοινής χρήσης διαδρομής επιστροφής λόγω ανεπαρκών διόδων συρραφής, της σύζευξης μεταξύ διόδων σήματος και σήματος μέσω διασταύρωσης μέσω της κοιλότητας ισχύος. Η συμπερίληψη αυτών των εφέ παρέχει μια πιο ρεαλιστική εκτίμηση του λειτουργικού περιθωρίου με κόστος περισσότερου χρόνου υπολογισμού μοντελοποίησης και προσομοίωσης. Η συμπερίληψη αυτών των εφέ θα μειώσει μόνο το περιθώριο σχεδιασμού, όχι θα το αυξήσει. Είναι λογικό να εκτελέσετε πρώτα ανάλυση με εξιδανικευμένες διαδρομές επιστροφής - γιατί εάν ο σχεδιασμός δεν περάσει στην ιδανική περίπτωση, δεν θα περάσει σε μια πιο ρεαλιστική.

Η χρήση ιδανικής ισχύος ολοκληρωμένου κυκλώματος παραμελεί τα αποτελέσματα του SSN, ενώ η συμπερίληψη ενός ακριβούς μοντέλου των χαρακτηριστικών παροχής ισχύος του πίνακα στις ακίδες ολοκληρωμένου κυκλώματος επιτρέπει την ποσοτικοποίηση αυτών των εφέ. Αυτή η ανάλυση απαιτεί ένα μοντέλο IBIS με γνώμονα την ισχύ για το IC και επιβραδύνει τη διαδικασία προσομοίωσης. Για τους ίδιους λόγους όπως και πριν, αυτά τα αποτελέσματα θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη μόνο όταν ένας σχεδιασμός περάσει ανάλυση με ιδανική ισχύ.

Η σωστή μοντελοποίηση και προσομοίωση των επιπτώσεων των μη ιδανικών διαδρομών επιστροφής και του SSN απαιτεί ένα ακριβές μοντέλο διασύνδεσης που περιλαμβάνει τις συνδυασμένες συμπεριφορές των ιχνών σήματος και του δικτύου διανομής ισχύος (PDN) του πίνακα. Ο λύτης HyperLynx Hybrid μπορεί να δημιουργήσει αυτά τα συνδυασμένα μοντέλα διασύνδεσης απευθείας από το BoardSim - ο χρήστης καθορίζει τα σήματα και τις συχνότητες που ενδιαφέρουν και ο υβριδικός λύτης δημιουργεί ένα μοντέλο παραμέτρου S έτοιμο για άμεση συμπερίληψη σε προσομοιώσεις BoardSIM.

Ακεραιότητα ισχύος σε επίπεδο PCB

Οι σύγχρονες πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων διαθέτουν πολλαπλά τροφοδοτικά, μερικά από τα οποία είναι μόνο μερικά επίπεδα σε ορισμένα στρώματα της πλακέτας. Η ακριβής μοντελοποίηση της παροχής ισχύος απαιτεί σωστή μοντελοποίηση αυτών των μερικών επιπέδων μαζί με πυκνωτές αποσύνδεσης και συναφή παρασιτικά συστατικών, και τις επαγωγές βρόχου της δομής ανεμιστήρα κάθε πυκνωτή. Η θέση των επιπέδων ισχύος και γείωσης εντός της στοίβας, καθώς και η θέση του πυκνωτή και ο ανεμιστήρας έχουν μεγάλη επίδραση στη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του δικτύου παροχής ισχύος (PDN) όπως φαίνεται από τα διαφορετικά IC.

Τα εξαρτήματα καταναλώνουν ισχύ σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, από DC έως τις εσωτερικές ταχύτητες μεταγωγής τους (συνήθως στα GHz). Η απλή παροχή μεγάλης ισχύος στο DC δεν είναι αρκετή, γιατί όταν ένα κύκλωμα υψηλής ταχύτητας αλλάζει, δημιουργεί μια στιγμιαία ζήτηση ισχύος για την υποστήριξη του συμβάντος μεταγωγής. Επειδή τα κύματα EM ταξιδεύουν με πεπερασμένη ταχύτητα, δεν υπάρχει χρόνος για να ρέει η ζήτηση για πρόσθετη ισχύ στο VRM και πίσω - πρέπει να υπάρχει μια τοπική δεξαμενή φορτίου (ένας πυκνωτής) που μπορεί να αξιοποιηθεί. Αυτός είναι ο ρόλος που παίζουν οι πυκνωτές αποσύνδεσης στα δίκτυα παροχής ισχύος.

Στην πράξη, το PDN είναι μια κατανεμημένη ιεραρχία πυκνωτών που ξεκινά με τον ρυθμιστή τάσης (VRM) και τελειώνει με πυκνωτές στον ίδιο τον κύβο IC. Στο μεταξύ, υπάρχει μια ποικιλία πυκνωτών στην πλακέτα που κυμαίνονται από χύδην έως μικρές συσκευές όπως 0204s, προαιρετικοί πυκνωτές στο πακέτο IC και χωρητικές δομές που αποτελούν μέρος της διάταξης ολοκληρωμένου κυκλώματος. Κάθε ομάδα πυκνωτών εξυπηρετεί απαιτήσεις ισχύος σε διαδοχικά υψηλότερες συχνότητες, με τους πυκνωτές υψηλότερης συχνότητας να βρίσκονται στον ίδιο τον κύβο.

Η επαγωγή είναι ο κύριος περιοριστικός παράγοντας για την αποσύνδεση των πυκνωτών, επειδή περιορίζει τις συχνότητες που μπορεί να εξυπηρετήσει ένας δεδομένος πυκνωτής. Έτσι, η τιμή του πυκνωτή, η τοποθέτηση και ο ανεμιστήρας είναι κρίσιμα χαρακτηριστικά για PCB υψηλής συχνότητας και πυκνωτές συσκευασίας. Η επαγωγή που σχετίζεται με την ισχύ και τις ακίδες γείωσης του πακέτου IC φιλτράρει αποτελεσματικά την ισχύ που παραδίδεται στο ολοκληρωμένο κύκλωμα. Πέρα από ένα συγκεκριμένο σημείο, δεν έχει σημασία αν το PCB μπορεί να παρέχει ισχύ υψηλής συχνότητας ή όχι, επειδή δεν θα περάσει από το πακέτο υπολογιστή στο καλούπι. Το πακέτο και το πακέτο ολοκληρωμένου κυκλώματος πρέπει να μεταφέρουν το φορτίο προς τα εμπρός από αυτό το σημείο.

Ως αποτέλεσμα, η ακεραιότητα ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος σε επίπεδο πλακέτας συνήθως αφορά συχνότητες που ξεκινούν από το ανώτερο όριο του VRM (συνήθως 5-25 kHz) και τελειώνουν στη συχνότητα διακοπής ισχύος για το πακέτο IC (συνήθως 25-100 MHz). Η συχνότητα αποκοπής για το πακέτο IC συνήθως μειώνεται καθώς τα πακέτα μεγαλώνουν, επειδή η επαγωγή του πακέτου αυξάνεται και επομένως το πακέτο πρέπει να μεταφέρει περισσότερο από το φορτίο υψηλής συχνότητας.

Κατά την ανάλυση ενός PCB PDN, είναι εξαιρετικά σημαντικό να μοντελοποιήσετε τους πυκνωτές αποσύνδεσης και τις εγγενείς παρασιτικές επαγωγές και αντιστάσεις τους, τις λεπτομέρειες του ανεμιστήρα πυκνωτή και τις θέσεις και τιμές των πυκνωτών. Η σύνθετη αντίσταση του PDN ανιχνεύεται σε διαφορετικές ακίδες ολοκληρωμένου κυκλώματος για τον προσδιορισμό του προφίλ PDN που φαίνεται σε κάθε ολοκληρωμένο κύκλωμα.

Όταν ένα PCB έχει απλά στρώματα επιπέδου ισχύος όπου ένα ολόκληρο επίπεδο είναι γειωμένο ή ένα μόνο τροφοδοτικό, μπορούν να εφαρμοστούν γρήγορες μέθοδοι ανάλυσης εναλλασσόμενου ρεύματος - αλλά λίγα σύγχρονα PCB κατασκευάζονται με αυτόν τον τρόπο. Όταν τα επίπεδα ισχύος και εδάφους γίνονται ακανόνιστα, απαιτείται πιο λεπτομερής μοντελοποίηση για να καταγραφεί η συμπεριφορά τους. Ο υβριδικός λύτης HyperLynx Hybrid μπορεί να καταγράψει με ακρίβεια τη συμπεριφορά αυθαίρετα διαμορφωμένων επιπέδων ισχύος και εδάφους, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης μεγάλων, ευρέων ιχνών για την παροχή ισχύος σε μεμονωμένα εξαρτήματα. Ο υβριδικός λύτης ενσωματώνεται απρόσκοπτα στη ροή εργασίας Advanced Decoupling, οπότε μόλις ο χρήστης εντοπίσει την τροφοδοσία τάσης που θα αναλυθεί και την ρυθμίσει, ο υβριδικός λύτης κάνει τα υπόλοιπα.

Ενσωμάτωση και ευκολία χρήσης του HyperLynx

Ο υβριδικός λύτης HyperLynx χρησιμεύει ως ένα στενά ενσωματωμένο μέρος των ροών εργασίας ακεραιότητας σήματος και ισχύος. Μέσα σε αυτές τις ροές εργασίας, οι αυτοματοποιημένοι οδηγοί ανάλυσης καθοδηγούν τους χρήστες στις διαδικασίες εγκατάστασης και ανάλυσης βήμα προς βήμα. Οι χρήστες περνούν από τους οδηγούς απαντώντας στις ερωτήσεις σε κάθε σελίδα και το HyperLynx κάνει τα υπόλοιπα!

Μέσα στη ροή εργασίας HL-SI DDR SI με γνώμονα την ισχύ, ο υβριδικός λύτης χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός μοντέλου συστήματος που περιλαμβάνει τα σήματα DDR υψηλής ταχύτητας, μαζί με το PDN και τις αλληλεπιδράσεις τους. Αυτό το μοντέλο χρησιμοποιείται για την εξέταση των επιπτώσεων τόσο των μη ιδανικών διαδρομών επιστροφής όσο και του ταυτόχρονου θορύβου μεταγωγής.

Μέσα στην προηγμένη ροή εργασίας αποσύνδεσης HL-PI, ο υβριδικός λύτης χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός μοντέλου του PCB που περιλαμβάνει το VRM, το PDN σε επίπεδο πλακέτας, πυκνωτές αποσύνδεσης και τους ακίδες IC όπου πρόκειται να αναλυθεί η σύνθετη αντίσταση PDN.

Σε κάθε περίπτωση, τα χαρακτηριστικά επιπέδου πλακέτας εξάγονται αυτόματα και χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία έτοιμων προς εκτέλεση έργων για τον επιλύτη, τα οποία επιλύονται και υποβάλλονται σε μετεπεξεργασία για την παραγωγή αποτελεσματικών, ακριβών, παθητικών μοντέλων αιτιώδους παραμέτρου S που στη συνέχεια ενσωματώνονται σε προσομοιώσεις επιπέδου συστήματος. Τα μοντέλα παραμέτρων S που εξάγονται από τον υβριδικό επιλυτή τεκμηριώνουν τις λεπτομέρειες ανάλυσης και σύνδεσης για κάθε θύρα για να διασφαλιστεί η σωστή συνδεσιμότητα όταν κατασκευάζεται η πλήρης λίστα δικτύου συστήματος.

Σενάρια και αυτοματοποίηση

Η ανάλυση ακεραιότητας σήματος και ισχύος είναι πολύπλοκες διαδικασίες πολλαπλών βημάτων, όπου η αλλαγή μιας μεμονωμένης επιλογής μπορεί να επηρεάσει σημαντικά το τελικό αποτέλεσμα. Επειδή αυτές οι προσομοιώσεις είναι συχνά χρονοβόρες, υπολογιστικές και εντατικές σε μνήμη, η διασφάλιση ότι οι προσομοιώσεις έχουν ρυθμιστεί σωστά και εκτελούνται με συνέπεια είναι κρίσιμη. Χωρίς τη δυνατότητα να διασφαλιστεί ότι οι προσομοιώσεις εκτελούνται με συνέπεια και ακρίβεια, χάνεται πολύς χρόνος προσαρμογής και αλλαγής.

Το HyperLynx Advanced Solvers μπορεί να εκτελεστεί τόσο διαδραστικά όσο και μέσω αυτοματισμού που βασίζεται στο Python. Αυτό επιτρέπει την αρχική ρύθμιση, ανάλυση και εντοπισμό σφαλμάτων σχεδίων χρησιμοποιώντας διαδραστική ανάλυση για τον προσδιορισμό των βέλτιστων ρυθμίσεων προσομοίωσης. Στη συνέχεια, καθώς ο σχεδιασμός επαναλαμβάνεται, αυτές οι ρυθμίσεις μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν μέσω αυτοματισμού για να διασφαλιστεί ότι η ανάλυση εκτελείται πάντα με τον ίδιο τρόπο, αναφέρει τις ίδιες μετρήσεις και παράγει τα ίδια μοντέλα εξόδου. Ένα διαδραστικό περιβάλλον δέσμης ενεργειών γραμμής εντολών είναι διαθέσιμο απευθείας με τους επιλυτές, έτσι ώστε οι χρήστες να μπορούν να αναπτύξουν και να δοκιμάσουν τα σενάρια αυτοματισμού τους.

Ο αυτοματισμός HyperLynx Advanced Solver είναι μέρος ενός ευρύτερου πλαισίου δέσμης ενεργειών για την πλήρη οικογένεια HyperLynx, που επιτρέπει τη δημιουργία αυτοματοποιημένων ροών ανάλυσης πολλαπλών εργαλείων. Αυτό το αντικειμενοστρεφές πλαίσιο δέσμης ενεργειών περιλαμβάνει προκαθορισμένες ροές για ακεραιότητα ισχύος, ακεραιότητα σήματος και ανάλυση συμμόρφωσης σειριακών συνδέσμων που επιτρέπουν στους χρήστες να εκτελούν πολύπλοκες αναλύσεις με λίγες μόνο γραμμές προσαρμοσμένου κώδικα.