HyperLynx Hybrid Solver

El HyperLynx Hybrid Solver es un solucionador de descomposición diseñado para crear modelos electromagnéticos para estructuras electrónicas en capas, como PCB y cables flexibles. Está perfectamente integrado con HyperLynx Signal and Power Integrity para proporcionar flujos de trabajo de análisis de sistemas automatizados y precisos.

Recursos de HyperLynx

Aplicaciones de solucionador híbrido

El solucionador HyperLynx Hybrid descompone un diseño en trazas, planos y vías creando un modelo para cada sección y, a continuación, resolviendo el comportamiento general mediante diferentes métodos de resolución. Supone que la estructura es plana (o, en el caso de los cables, una sección transversal), de modo que estas técnicas analíticas son válidas. Los solucionadores híbridos consumen menos computación y memoria que la resolución de onda completa y, como resultado, pueden modelar estructuras más grandes. Mientras que el método de «cortar y coser» se utiliza para modelar las rutas de la señal con un solucionador de onda completa, un solucionador híbrido modela toda la ruta de la señal y realiza la descomposición en el solucionador.

El solucionador HyperLynx Hybrid es ideal para realizar análisis de potencia de todas las interfaces DDR, donde es importante captar los efectos de la ruta de retorno, el intercambio de corriente y el ruido de conmutación simultánea (SSN). También es ideal para la integridad de la alimentación de corriente alterna de placa completa, el modelado de condensadores de desacoplamiento y el suministro de energía a los pines de circuito integrado. El solucionador híbrido es especialmente adecuado para la integridad de la energía, ya que modela planos de potencia parciales y los efectos marginales asociados.

Análisis de la ruta de devolución

Integridad de la señal con reconocimiento de energía

La integridad de la señal tradicional supone que las señales tienen rutas de retorno ideales; siempre existen en un plano de referencia, sin discontinuidad de referencia al cambiar las capas del plano de señal. También se supone tradicionalmente que la potencia ideal se entrega a los búferes de salida del dispositivo.

En el mundo real, las corrientes de retorno que fluyen en un plano de referencia deben encontrar un camino eléctrico continuo hacia otro, lo que normalmente implica vías de costura cercanas. Cualquier desviación de la corriente de retorno crea una inductancia adicional que afecta al comportamiento de la señal y puede provocar el acoplamiento entre las señales a través de un fenómeno conocido como intercambio de corriente de retorno. Del mismo modo, la línea de alimentación de un búfer de salida no es lo ideal y la tensión del controlador puede caer si muchas salidas cambian simultáneamente en la misma dirección. La cantidad de caída de tensión viene determinada por la velocidad de borde de salida, la potencia del controlador, un efecto de conmutación conocido como corriente de palanca y la cantidad de desacoplamiento capacitivo de alta frecuencia que da servicio a esa zona del dado. La caída del raíl de alimentación de salida reduce la potencia disponible para el controlador de salida, lo que suaviza y ralentiza la velocidad límite de salida. Este fenómeno se conoce como ruido de conmutación simultánea o SSN. El SSN reduce los márgenes operativos de la señal y, en casos graves, puede cerrar el ojo disponible en la entrada del receptor.

El uso de una ruta de retorno de señal ideal permite un modelado rápido, pero descuida los efectos del rastreo sobre la división, el intercambio de rutas de retorno debido a una unión inadecuada de las vías de unión, el acoplamiento entre las vías de señal y la señal a través de la diafonía a través de la cavidad de alimentación. La inclusión de estos efectos proporciona una estimación más realista del margen operativo a costa de más tiempo de cálculo de modelización y simulación. Incluir estos efectos solo reducirá el margen de diseño, no lo aumentará. Tiene sentido realizar primero el análisis con rutas de devolución idealizadas, porque si el diseño no se aprueba en el caso ideal, no pasará en uno más realista.

El uso de una alimentación de circuito integrado ideal descuida los efectos del SSN, mientras que incluir un modelo preciso de las características de suministro de energía de la placa a los pines del circuito integrado permite cuantificar estos efectos. Este análisis requiere un modelo IBIS con detección de energía para el circuito integrado y ralentiza el proceso de simulación. Por las mismas razones que antes, estos efectos solo deben tenerse en cuenta una vez que el diseño pase el análisis con la potencia ideal.

Modelar y simular correctamente los efectos de las rutas de retorno y el SSN no ideales requiere un modelo de interconexión preciso que incluya los comportamientos combinados de las trazas de señales y la red de suministro de energía (PDN) de la placa. El solucionador HyperLynx Hybrid puede crear estos modelos combinados de interconexión directamente desde la tarjeta SIM. El usuario especifica las señales y frecuencias de interés y el solucionador híbrido crea un modelo de parámetros S listo para su inclusión directa en las simulaciones de tarjeta SIM.

Integridad energética a nivel de PCB

Las placas de circuito impreso modernas tienen varias fuentes de alimentación, algunas de las cuales solo son planos parciales en ciertas capas de la placa. Modelar el suministro de energía con precisión requiere modelar correctamente estos planos parciales junto con los condensadores de desacoplamiento y los componentes parásitos asociados, y las inductancias de bucle de la estructura en abanico de cada condensador. La ubicación de los planos de alimentación y tierra dentro de la pila, así como la ubicación de los condensadores y la salida en abanico, tienen un gran efecto en la característica de impedancia de la red de suministro de energía (PDN), tal como la ven los diferentes circuitos integrados.

Los componentes consumen energía en una amplia gama de frecuencias, desde corriente continua hasta sus velocidades de conmutación internas (normalmente en GHz). El simple hecho de proporcionar mucha energía en corriente continua no es suficiente, porque cuando un circuito de alta velocidad cambia, se crea una demanda instantánea de energía para soportar el evento de conmutación. Como las ondas electromagnéticas viajan a una velocidad finita, no hay tiempo para que la demanda de energía adicional vaya al VRM y regrese; tiene que haber un depósito local de carga (un condensador) que pueda aprovecharse. Esa es la función que desempeñan los condensadores de desacoplamiento en las redes de suministro de energía.

En la práctica, la PDN es una jerarquía distribuida de condensadores que comienza con el regulador de tensión (VRM) y termina con los condensadores de la propia matriz del circuito integrado. En el medio, hay una variedad de condensadores en la placa que van desde dispositivos grandes hasta pequeños, como los 0204, condensadores opcionales en el paquete de circuitos integrados y estructuras capacitivas que forman parte del diseño del circuito integrado. Cada grupo de condensadores presta servicios de alimentación a frecuencias sucesivamente más altas, y los condensadores de mayor frecuencia están en la propia matriz.

La inductancia es el principal factor limitante del desacoplamiento de los condensadores, ya que limita las frecuencias a las que puede dar servicio un condensador determinado. Por lo tanto, el valor, la ubicación y la distribución de los condensadores de los condensadores de alta frecuencia son características fundamentales para los condensadores de paquetes y PCB de alta frecuencia. La inductancia asociada a las clavijas de alimentación y tierra del paquete IC filtra eficazmente la potencia suministrada al circuito integrado; más allá de cierto punto, no importa si la PCB puede suministrar alimentación de alta frecuencia o no, porque no pasaría por el paquete del PC hasta la matriz. El paquete y el paquete IC deben llevar la carga hacia adelante desde ese punto.

Como resultado, la integridad de la alimentación de corriente alterna a nivel de placa normalmente se refiere a las frecuencias que comienzan en el límite superior del VRM (normalmente de 5 a 25 kHz) y terminan en la frecuencia de corte de alimentación del paquete IC (normalmente de 25 a 100 MHz). La frecuencia de corte del paquete IC normalmente disminuye a medida que los paquetes crecen, ya que la inductancia del paquete aumenta y, por lo tanto, el paquete tiene que soportar una mayor carga de alta frecuencia.

Al analizar una PDN de PCB, es de vital importancia modelar los condensadores de desacoplamiento y sus inductancias y resistencias parásitas inherentes, los detalles de la distribución de los condensadores y las ubicaciones y valores de los condensadores. La impedancia de la PDN se analiza en diferentes pines del circuito integrado para determinar el perfil de PDN que se ve en cada circuito integrado.

Cuando un PCB tiene capas de plano de alimentación simples en las que todo un plano está en tierra o una sola fuente de alimentación, se pueden aplicar métodos rápidos de análisis de corriente alterna, pero pocos PCB modernos se fabrican de esa manera. Cuando los planos de potencia y tierra se vuelven irregulares, se necesitan modelos más detallados para captar su comportamiento. El solucionador HyperLynx Hybrid puede captar con precisión el comportamiento de los planos de potencia y tierra con formas arbitrarias, incluido el uso de trazas largas y anchas para suministrar energía a los componentes individuales. El solucionador híbrido se integra perfectamente en el flujo de trabajo de desacoplamiento avanzado, por lo que una vez que el usuario identifica la fuente de tensión que se va a analizar y la configura, el solucionador híbrido se encarga del resto.

Integración y facilidad de uso con HyperLynx

El solucionador híbrido HyperLynx forma una parte perfectamente integrada de los flujos de trabajo de integridad de la señal y la energía. Dentro de estos flujos de trabajo, los asistentes de análisis automatizados guían a los usuarios paso a paso por los procesos de configuración y análisis. Los usuarios pasan por los magos respondiendo a las preguntas de cada página, ¡y HyperLynx se encarga del resto!

Dentro del flujo de trabajo HL-SI DDR SI con reconocimiento de energía, el solucionador híbrido se utiliza para crear un modelo de sistema que incluye las señales DDR de alta velocidad, junto con la PDN y sus interacciones. Este modelo se utiliza para examinar los efectos tanto de las rutas de retorno no ideales como del ruido de conmutación simultáneo.

Dentro del flujo de trabajo de desacoplamiento avanzado de HL-PI, el solucionador híbrido se utiliza para crear un modelo de PCB que incluye el VRM, la PDN a nivel de placa, los condensadores de desacoplamiento y los pines IC donde se debe analizar la impedancia de la PDN.

En cada caso, las características a nivel de placa se extraen automáticamente y se utilizan para crear proyectos listos para ejecutarse para el solucionador, que se resuelven y se posprocesan para producir modelos de parámetros S eficientes, precisos, pasivos y causales que, a continuación, se incorporan a las simulaciones a nivel de sistema. Los modelos de parámetros S emitidos por el solucionador híbrido documentan los detalles del análisis y la conexión de cada puerto para garantizar una conectividad adecuada al crear la lista de redes completa del sistema.

Secuencias de comandos y automatización

El análisis de la integridad de la señal y la alimentación son procesos complejos de varios pasos, en los que cambiar una sola opción puede afectar significativamente al resultado final. Como estas simulaciones suelen ser largas y consumen muchos cálculos y memoria, es fundamental garantizar que las simulaciones se configuran correctamente y se realizan de forma coherente. Sin la capacidad de garantizar que las simulaciones se realizan de forma coherente y precisa, se pierde mucho tiempo ajustándose y simulando.

HyperLynx Advanced Solvers se puede ejecutar de forma interactiva y mediante una automatización basada en Python. Esto permite configurar, analizar y depurar inicialmente los diseños mediante análisis interactivos para determinar la configuración óptima de la simulación. Luego, a medida que el diseño se repite, esos ajustes se pueden reutilizar mediante la automatización para garantizar que los análisis se realizan siempre de la misma manera, se informa sobre las mismas métricas y se producen los mismos modelos de salida. Los solucionadores disponen de un entorno interactivo de scripts de línea de comandos directamente para que los usuarios puedan desarrollar y probar sus guiones de automatización.

La automatización de HyperLynx Advanced Solver forma parte de un marco de creación de scripts más amplio para toda la familia HyperLynx, que permite crear flujos de análisis automatizados con múltiples herramientas. Este marco de programación orientado a objetos incluye flujos predefinidos para el análisis de la integridad de la alimentación, la integridad de la señal y el cumplimiento de los enlaces en serie que permiten a los usuarios realizar análisis complejos con solo unas líneas de código personalizado.