HyperLynx Hybrid Solver

L'HyperLynx Hybrid Solver est un solveur de décomposition conçu pour créer des modèles électromagnétiques pour les structures électroniques en couches comme les PCB et les câbles flexibles. Il est étroitement intégré à HyperLynx Signal and Power Integrity pour fournir des flux de travail d'analyse système précis et automatisés.

Ressources HyperLynx

Applications de solveur hybrides

Le solveur HyperLynx Hybrid décompose une conception en traces, plans et vias en créant un modèle pour chaque section, puis en résolvant le comportement global en utilisant une variété de méthodes de solveur différentes. Cela suppose que la structure est plane (ou dans le cas des câbles, une section transversale) de telle sorte que ces techniques analytiques sont valides. Les solveurs hybrides sont moins gourmands en calcul et en mémoire que la résolution à pleine onde et peuvent ainsi modéliser des structures plus grandes. Lorsque la méthode « cut and stitch » est utilisée pour modéliser les chemins de signal avec un solveur pleine onde, un solveur hybride modélise l'ensemble du chemin du signal et effectue la décomposition dans le solveur.

Le solveur HyperLynx Hybrid est idéal pour effectuer une analyse sensible à l'alimentation d'interfaces DDR entières, où la capture des effets du partage du courant de chemin de retour et du bruit de commutation simultanée (SSN) est importante. Il est également parfaitement adapté pour l'intégrité de l'alimentation CA complète, la modélisation des condensateurs de découplage et la fourniture d'énergie aux broches IC. Le solveur hybride est particulièrement bien adapté à l'intégrité de la puissance parce qu'il modélise des plans de puissance partiels et des effets de franges associés.

Analyse du chemin de retour

Intégrité du signal sensible à l'alimentation

L'intégrité du signal traditionnelle suppose que les signaux ont des chemins de retour idéaux ; toujours existant sur un plan de référence, sans discontinuité de référence lors de la commutation de couches de plan de signal. On suppose également traditionnellement que la puissance idéale est délivrée aux tampons de sortie de l'appareil.

Dans le monde réel, les courants de retour circulant sur un plan de référence doivent trouver un chemin électrique continu vers un autre, ce qui implique généralement des vias de couture à proximité. Toute déviation du courant de retour crée une inductance supplémentaire qui a un impact sur le comportement du signal et peut entraîner un couplage entre les signaux par le biais d'un phénomène connu sous le nom de partage de courant de retour. De même, le rail d'alimentation d'un tampon de sortie n'est pas idéal, et la tension du pilote peut chuter si plusieurs sorties commutent simultanément dans la même direction. La quantité de chute de tension est déterminée par le débit de bord de sortie, la force du conducteur, un effet de commutation connu sous le nom de courant du pied de béquille et la quantité de découplage capacitif haute fréquence qui dessert cette zone de la matrice. L'affaissement du rail d'alimentation de sortie réduit la puissance disponible pour le pilote de sortie, adoucissant et ralentissant le débit de sortie. Ce phénomène est connu sous le nom de bruit de commutation simultanée, ou SSN. Le SSN réduit les marges de fonctionnement du signal et, dans les cas graves, peut fermer l'œil disponible à l'entrée du récepteur.

L'utilisation d'un chemin de retour de signal idéal permet une modélisation rapide, mais néglige les effets de la trace sur le partage du chemin de retour fractionné en raison de vias de coutures inadéquats, du couplage entre les vias de signal et du signal via diaphonie à travers la cavité de puissance. L'inclusion de ces effets fournit une estimation plus réaliste de la marge opérationnelle au prix de plus de temps de calcul de modélisation et de simulation. Inclure ces effets ne fera que réduire la marge de conception, pas l'augmenter. Il est logique d'exécuter d'abord une analyse avec des chemins de retour idéalisés - parce que si le design ne passe pas dans le cas idéal, il ne passera pas dans un modèle plus réaliste.

L'utilisation de la puissance IC idéale néglige les effets du SSN, tandis que l'inclusion d'un modèle précis des caractéristiques d'alimentation de la carte aux broches IC permet de quantifier ces effets. Cette analyse nécessite un modèle IBIS sensible à l'alimentation pour le CI et ralentit le processus de simulation. Pour les mêmes raisons qu'auparavant, ces effets ne devraient être pris en compte qu'une fois qu'une conception passe l'analyse avec une puissance idéale.

Modéliser et simuler correctement les effets des chemins de retour non idéaux et du SSN nécessite un modèle d'interconnexion précis qui inclut les comportements combinés des traces de signaux et du réseau de distribution d'alimentation (PDN) de la carte. Le solveur HyperLynx Hybrid peut créer ces modèles d'interconnexion combinés directement à partir de BoardSim - l'utilisateur spécifie les signaux et les fréquences d'intérêt, et le solveur hybride crée un modèle de paramètre S prêt à être inclus directement dans les simulations BoardSim.

Intégrité de l'alimentation au niveau du PCB

Les cartes de circuits imprimés modernes ont plusieurs alimentations, dont certaines ne sont que des plans partiels sur certaines couches de la carte. Pour modéliser la distribution de puissance avec précision, il faut modéliser correctement ces plans partiels avec les condensateurs de découplage et les composants parasites associés, et les inductances de boucle de la structure de fanout de chaque condensateur. L'emplacement des plans d'alimentation et au sol dans l'empilement, ainsi que l'emplacement du condensateur et la sortie du ventilateur ont un effet important sur la caractéristique d'impédance du réseau de distribution d'énergie (PDN) telle qu'elle est vue par les différents CI.

Les composants consomment de l'énergie à une large gamme de fréquences, du CC à leurs vitesses de commutation internes (généralement dans le GHz). Il ne suffit pas de fournir beaucoup d'énergie en courant continu, parce que lorsqu'un circuit haute vitesse commue, cela crée une demande instantanée de puissance pour prendre en charge l'événement de commutation. Parce que les ondes EM voyagent à une vitesse finie, il n'y a pas de temps pour que la demande de puissance supplémentaire circule vers le VRM et retour - il doit y avoir un réservoir de charge local (un condensateur) qui peut être exploité. C'est le rôle que jouent les condensateurs de découplage dans les réseaux de distribution d'énergie.

En pratique, le PDN est une hiérarchie distribuée de condensateurs qui commence par le régulateur de tension (VRM) et se termine par des condensateurs sur la matrice IC elle-même. Entre les deux, il y a une variété de condensateurs sur la carte qui vont du vrac aux petits appareils comme les 0204, des condensateurs optionnels sur le package IC et des structures capacitives qui font partie de la disposition du circuit intégré. Chaque groupe de services de condensateurs demande de l'énergie à des fréquences successivement plus élevées, les condensateurs les plus hautes fréquences étant sur la matrice elle-même.

L'inductance est le principal facteur limitant pour le découplage des condensateurs, car elle limite les fréquences qu'un condensateur donné peut desservir. Ainsi, la valeur, le placement et le ventilateur du condensateur sont des caractéristiques essentielles pour les condensateurs haute fréquence pour les circuits imprimés et les condensateurs d'emballage. L'inductance associée à l'alimentation et aux broches de terre du package IC filtre efficacement la puissance fournie au circuit intégré ; au-delà d'un certain point, peu importe que le PCB puisse fournir de l'énergie haute fréquence ou non, parce qu'il ne passerait pas à travers le package PC jusqu'à la matrice. Le colis et le paquet IC doivent transporter la charge à partir de ce point.

Par conséquent, l'intégrité de l'alimentation CA au niveau de la carte se rapporte généralement aux fréquences qui commencent à la limite supérieure du VRM (typiquement 5-25 kHz) et se terminent à la fréquence de coupure de courant pour le module IC (généralement 25-100 MHz). La fréquence de coupure pour le package IC diminue généralement à mesure que les colis grossissent, parce que l'inductance du colis augmente et que le colis doit donc transporter une plus grande partie de la charge haute fréquence.

Lors de l'analyse d'un PCB PDN, il est extrêmement important de modéliser les condensateurs de découplage et leurs inductances et résistances parasites inhérentes, les détails de la sortie du condensateur et les emplacements et valeurs des condensateurs. L'impédance du PDN est sondée à différentes broches IC pour déterminer le profil PDN vu à chaque CI.

Lorsqu'un PCB a de simples couches de plan de puissance où un plan entier est au sol ou une seule alimentation, des méthodes d'analyse CA rapides peuvent être appliquées - mais peu de PCB modernes sont fabriqués de cette façon. Lorsque les avions électriques et terrestres deviennent irréguliers, une modélisation plus détaillée est nécessaire pour capturer leur comportement. Le solveur HyperLynx Hybrid peut capturer avec précision le comportement des avions électriques et terrestres de forme arbitraire, y compris l'utilisation de longues et larges traces pour fournir de l'énergie à des composants individuels. Le solveur hybride est intégré de manière transparente dans le flux de travail de découplage avancé, donc une fois que l'utilisateur identifie l'alimentation en tension à analyser et la configuration, le solveur hybride fait le reste.

Intégration HyperLynx et facilité d'utilisation

Le solveur hybride HyperLynx fait partie intégrante des flux de travail d'intégrité du signal et de l'alimentation. Au sein de ces flux de travail, des assistants d'analyse automatisés guident les utilisateurs à travers les processus de configuration et d'analyse étape par étape. Les utilisateurs parcourent les assistants pour répondre aux questions sur chaque page, et HyperLynx fait le reste !

Dans le flux de travail HL-SI DDR SI alimenté, le solveur hybride est utilisé pour créer un modèle de système qui inclut les signaux DDR haute vitesse, ainsi que le PDN et leurs interactions. Ce modèle est utilisé pour examiner les effets à la fois des chemins de retour non idéaux et du bruit de commutation simultané.

Dans le flux de travail de découplage avancé HL-PI, le solveur hybride est utilisé pour créer un modèle du PCB qui comprend le VRM, le PDN au niveau de la carte, les condensateurs de découplage et les broches IC où l'impédance PDN doit être analysée.

Dans chaque cas, les caractéristiques au niveau de la carte sont automatiquement extraites et utilisées pour créer des projets prêts à l'emploi pour le solveur, qui sont résolus et post-traités pour produire des modèles de paramètres S efficaces, précis, passifs et causaux qui sont ensuite incorporés dans des simulations au niveau du système. Les modèles de paramètres S produits par le solveur hybride documentent l'analyse et les détails de connexion pour chaque port afin d'assurer une connectivité adéquate lorsque la liste nette complète du système est construite.

Scripts et automatisation

L'analyse de l'intégrité du signal et de l'alimentation est un processus complexe en plusieurs étapes, où la modification d'une seule option peut avoir une incidence significative sur le résultat final. Parce que ces simulations sont souvent longues, gourmandes en calcul et en mémoire, il est essentiel de s'assurer que les simulations sont correctement mises en place et exécutées de manière cohérente. Sans la capacité de s'assurer que les simulations sont effectuées de manière cohérente et précise, beaucoup de temps est perdu à ajuster et à resimuler.

HyperLynx Advanced Solvers peut être exécuté à la fois de manière interactive et via l'automatisation basée sur Python. Cela permet aux conceptions d'être initialement configurées, analysées et déboguées à l'aide d'analyses interactives pour déterminer les paramètres de simulation optimaux. Ensuite, au fur et à mesure que la conception est itérée, ces paramètres peuvent être réutilisés par automatisation pour s'assurer que l'analyse est toujours exécutée de la même manière, rapporte les mêmes métriques et produit les mêmes modèles de sortie. Un environnement de script interactif en ligne de commande est disponible directement avec les solveurs afin que les utilisateurs puissent développer et tester leurs scripts d'automatisation.

L'automatisation HyperLynx Advanced Solver fait partie d'un cadre de script plus large pour toute la famille HyperLynx, qui permet de créer des flux d'analyse multi-outils automatisés. Ce cadre de script orienté objet comprend des flux prédéfinis pour l'intégrité de l'alimentation, l'intégrité du signal et l'analyse de conformité des liaisons série qui permettent aux utilisateurs d'exécuter des analyses complexes avec seulement quelques lignes de code personnalisé.