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 estrechamente integrado con HyperLynx Signal y Power Integrity para proporcionar flujos de trabajo de análisis de sistemas precisos y automatizados.

Recursos de HyperLynx

Aplicaciones de solucionador híbrido

El solucionador Hybrid HyperLynx descompone un diseño en trazas, planos y vías creando un modelo para cada sección y luego resolviendo el comportamiento general utilizando una variedad de métodos de solución diferentes. Asume que la estructura es plana (o en el caso de los cables, una sección transversal) de tal manera que estas técnicas analíticas son válidas. Los solucionadores híbridos requieren menos cómputo y memoria que la resolución de onda completa y, como resultado, pueden modelar estructuras más grandes. Cuando se utiliza el método de “corte y puntada” para modelar rutas de señal con un solucionador de onda completa, un solucionador híbrido modela toda la ruta de señal y realiza la descomposición en el solucionador.

El solucionador Hybrid HyperLynx es ideal para realizar análisis con conocimiento de energía de interfaces DDR completas, donde es importante capturar los efectos del uso compartido de corriente de la ruta de retorno y el ruido de conmutación simultánea (SSN). También es ideal para la integridad de alimentación de CA de placa completa, modelado de condensadores de desacoplamiento y suministro de energía a pines IC. El solucionador híbrido es especialmente adecuado para la integridad de la energía porque modela planos de potencia parciales y los efectos de franqueado asociados.

Análisis de la ruta de retorno

Integridad de la señal con conocimiento de energía

La integridad de la señal tradicional asume que las señales tienen rutas de retorno ideales; siempre existen sobre un plano de referencia, sin discontinuidad de referencia al cambiar capas de plano de señal. También se asume tradicionalmente que la energía 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 una ruta eléctrica continua a otro, lo que generalmente implica vías de costura cercanas. Cualquier desviación de la corriente de retorno crea una inductancia adicional que afecta el comportamiento de la señal y puede resultar en un acoplamiento entre señales a través de un fenómeno conocido como intercambio de corriente de retorno. Del mismo modo, el carril de alimentación en un búfer de salida no es ideal, y el voltaje del controlador puede disminuir si muchas salidas cambian simultáneamente en la misma dirección. La cantidad de caída de voltaje está determinada por la velocidad de borde de salida, la fuerza 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 área de la matriz. La caída del carril de potencia de salida reduce la potencia disponible para el controlador de salida, suavizando y ralentizando la velocidad de borde de salida. Este fenómeno se conoce como ruido de conmutación simultánea o SSN. 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 de traza sobre división, uso compartido de rutas de retorno debido a vías de costura inadecuadas, acoplamiento entre vías de señal y señal a través de diafonía a través de la cavidad de alimentación. Incluir estos efectos proporciona una estimación más realista del margen operativo a costa de más tiempo de cálculo de modelado y simulación. Incluir estos efectos solo reducirá el margen de diseño, no lo aumentará. Tiene sentido ejecutar primero el análisis con rutas de retorno idealizadas, porque si el diseño no pasa en el caso ideal, no pasará en uno más realista.

El uso de energía IC 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 IC permite cuantificar estos efectos. Este análisis requiere un modelo IBIS con conocimiento de energía para el IC y ralentiza el proceso de simulación. Por las mismas razones que antes, estos efectos solo deben considerarse una vez que un diseño pasa el análisis con la potencia ideal.

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

Integridad de energía a nivel de PCB

Las placas de circuito impreso modernas tienen múltiples fuentes de alimentación, algunas de las cuales son solo planos parciales en ciertas capas de la placa. Modelar la entrega de energía con precisión requiere modelar correctamente estos planos parciales junto con condensadores de desacoplamiento y componentes parásitos asociados, y las inductancias de bucle de la estructura de ventilador de cada condensador. La ubicación de los planos de energía y tierra dentro de la apilación, así como la ubicación del condensador y el ventilador tienen un gran efecto en la impedancia característica de la red de entrega de energía (PDN) como se ve en los diferentes IC.

Los componentes consumen energía en una amplia gama de frecuencias, desde DC hasta sus velocidades de conmutación internas (generalmente en GHz). Simplemente proporcionar mucha energía en DC no es suficiente, porque cuando un circuito de alta velocidad cambia, crea una demanda instantánea de energía para soportar el evento de conmutación. Debido a que las ondas EM viajan a una velocidad finita, no hay tiempo para que la demanda de energía adicional fluya al VRM y de regreso; tiene que haber un depósito de carga local (un condensador) que pueda ser aprovechado. Ese es el papel que juegan los condensadores de desacoplamiento en las redes de suministro de energía.

En la práctica, el PDN es una jerarquía distribuida de condensadores que comienza con el regulador de voltaje (VRM) y termina con condensadores en el propio troquel IC. En el medio, hay una variedad de condensadores en la placa que van desde dispositivos masivos hasta pequeños como 0204, condensadores opcionales en el paquete IC y estructuras capacitivas que forman parte del diseño de IC. Cada grupo de condensadores atiende demandas de energía a frecuencias sucesivamente más altas, con los condensadores de frecuencia más alta en el propio troquel.

La inductancia es el principal factor limitante para los condensadores de desacoplamiento, ya que limita las frecuencias que un condensador determinado puede dar servicio. Por lo tanto, el valor del condensador, la ubicación y el ventilador son características críticas para PCB de alta frecuencia y condensadores de paquetes. La inductancia asociada con los pines de alimentación y de tierra del paquete IC filtra de manera efectiva la energía entregada al IC; más allá de cierto punto, no importa si la PCB puede suministrar energía de alta frecuencia o no, porque no pasaría a través del paquete de PC hasta el troquel. El paquete y el paquete IC deben llevar la carga hacia adelante desde ese punto.

Como resultado, la integridad de la energía CA a nivel de la placa generalmente se refiere a frecuencias que comienzan en el límite superior del VRM (típicamente 5-25 kHz) y terminan en la frecuencia de corte de energía para el paquete IC (típicamente 25-100 MHz). La frecuencia de corte para el paquete IC generalmente disminuye a medida que los paquetes se hacen más grandes, porque la inductancia del paquete aumenta y, por lo tanto, el paquete tiene que transportar más carga de alta frecuencia.

Al analizar una PDN de PCB, es de vital importancia modelar los condensadores de desacoplamiento y sus inductancias y resistencias parasitarias inherentes, los detalles del ventilador del condensador y las ubicaciones y valores de los condensadores. La impedancia de la PDN se prueba en diferentes pines IC para determinar el perfil PDN visto en cada IC.

Cuando una PCB tiene capas de plano de potencia simples donde un plano entero está a tierra o una sola fuente de alimentación, se pueden aplicar métodos rápidos de análisis de CA, pero pocos PCB modernos se fabrican de esa manera. Cuando los planos de energía y tierra se vuelven irregulares, se necesita un modelado más detallado para capturar su comportamiento. El solucionador Hybrid HyperLynx puede capturar con precisión el comportamiento de los planos de potencia y tierra de forma arbitraria, incluido el uso de trazas largas y anchas para suministrar energía a 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 el suministro de voltaje que se va a analizar y lo configura, el solucionador híbrido hace el resto.

Integración con HyperLynx y facilidad de uso

El solucionador híbrido HyperLynx sirve como una parte estrechamente integrada de los flujos de trabajo de integridad de señal y energía. Dentro de estos flujos de trabajo, los asistentes de análisis automatizados guían a los usuarios a través de los procesos de configuración y análisis paso a paso. Los usuarios pasan por los asistentes respondiendo las preguntas de cada página, ¡y HyperLynx hace el resto!

Dentro del flujo de trabajo con conocimiento de energía HL-SI DDR SI, el solucionador híbrido se utiliza para crear un modelo de sistema que incluye las señales DDR de alta velocidad, junto con el 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 HL-PI, el solucionador híbrido se utiliza para crear un modelo de PCB que incluye el VRM, el PDN a nivel de placa, los condensadores de desacoplamiento y los pines IC donde se va a analizar la impedancia PDN.

En cada caso, las características a nivel de placa se extraen automáticamente y se utilizan para crear proyectos listos para ejecutar para el solucionador, que se resuelven y se procesan posteriormente para producir modelos de parámetros S eficientes, precisos, pasivos y causales que luego se incorporan en simulaciones a nivel de sistema. Los modelos de parámetro S que sale del solucionador híbrido documentan el análisis y los detalles de conexión para cada puerto para garantizar una conectividad adecuada cuando se construye la lista de red completa del sistema.

Scripting y automatización

El análisis de integridad de señal y energía son procesos complejos y de varios pasos, donde cambiar una sola opción puede afectar significativamente el resultado final. Debido a que estas simulaciones a menudo son largas, requieren un uso intensivo de computación y memoria, es fundamental asegurarse de que las simulaciones se configuran correctamente y se realizan de manera consistente. Sin la capacidad de garantizar que las simulaciones se realicen de manera consistente y precisa, se pierde mucho tiempo ajustando y resimulando.

Los HyperLynx Advanced Solvers se pueden ejecutar tanto de forma interactiva como a través de la automatización basada en Python. Esto permite que los diseños se configuren, analicen y depuren inicialmente mediante análisis interactivo para determinar la configuración óptima de la simulación. Luego, a medida que se itera el diseño, esas configuraciones se pueden reutilizar a través de la automatización para garantizar que el análisis siempre se ejecute de la misma manera, informe sobre las mismas métricas y produzca los mismos modelos de salida. Un entorno de scripting interactivo de línea de comandos está disponible directamente con los solucionadores para que los usuarios puedan desarrollar y probar sus scripts de automatización.

La automatización de HyperLynx Advanced Solver es parte de un marco de scripting más amplio para toda la familia HyperLynx, que permite crear flujos de análisis automatizados de múltiples herramientas. Este marco de scripting orientado a objetos incluye flujos predefinidos para integridad de energía, integridad de señal y análisis de cumplimiento de enlace serie que permiten a los usuarios ejecutar análisis complejos con solo unas pocas líneas de código personalizado.