Solver hybride HyperLynx

L'HyperLynx Hybrid Solver est un solveur décompositionnel conçu pour créer des modèles électromagnétiques pour des structures électroniques en couches telles que des circuits imprimés et des câbles flexibles. Il est étroitement intégré à HyperLynx Signal and Power Integrity afin de fournir des flux de travail d'analyse des systèmes précis et automatisés.

Ressources sur HyperLynx

Applications de résolution hybrides

Le solveur HyperLynx Hybrid décompose un dessin en traces, plans et vias en créant un modèle pour chaque section, puis en résolvant le comportement général à l'aide de différentes méthodes de résolution. Cela suppose que la structure est plane (ou, dans le cas des câbles, une section transversale) pour que ces techniques analytiques soient valides. Les solveurs hybrides consomment moins de temps et de mémoire que la résolution en ondes complètes et peuvent ainsi modéliser des structures plus grandes. Lorsque la méthode « cut and stitch » est utilisée pour modéliser les trajets des signaux à l'aide d'un solveur à ondes complètes, un solveur hybride modélise l'intégralité du trajet du signal et effectue la décomposition dans le solveur.

Le solveur Hybrid HyperLynx est parfaitement adapté pour effectuer des analyses sensibles à l'alimentation de l'ensemble des interfaces DDR, où il est important de capturer les effets du partage du courant sur le chemin de retour et du bruit de commutation simultané (SSN). Il convient également parfaitement à l'intégrité de l'alimentation secteur complète, à la modélisation des condensateurs de découplage et à l'alimentation des broches des circuits intégrés. Le solveur hybride est particulièrement bien adapté à l'intégrité de l'alimentation car il modélise des plans de puissance partiels et les effets de frange associés.

Analyse de la trajectoire de retour

Intégrité du signal sensible à l'alimentation

L'intégrité traditionnelle du signal suppose que les signaux ont des chemins de retour idéaux, qu'ils existent toujours au-dessus d'un plan de référence, sans discontinuité de référence lors du changement de couche du plan de signal. On suppose également que la puissance idéale est fournie aux buffers de sortie de l'appareil.

Dans le monde réel, les courants de retour circulant sur un plan de référence doivent suivre un chemin électrique continu vers un autre, ce qui implique généralement des points de suture à proximité. Toute déviation du courant de retour crée une inductance supplémentaire qui influe 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 du courant de retour. De même, le rail d'alimentation d'une mémoire tampon de sortie n'est pas idéal, et la tension du pilote peut chuter si de nombreuses sorties passent simultanément dans le même sens. L'ampleur de la chute de tension est déterminée par le débit de sortie, la puissance du pilote, un effet de commutation connu sous le nom de courant en forme de pied de biche et le niveau de découplage capacitif haute fréquence qui dessert cette zone de la puce. L'affaissement du rail d'alimentation de sortie réduit la puissance disponible pour le pilote de sortie, adoucissant et ralentissant ainsi le taux de sortie. Ce phénomène est connu sous le nom de bruit de commutation simultané, ou SSN. Le SSN réduit les marges opérationnelles 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 du traçage sur la division, du partage du chemin de retour dû à des vias d'assemblage inadéquats, du couplage entre les vias de signal et du signal via une diaphonie à travers la cavité d'alimentation. L'inclusion de ces effets permet d'obtenir une estimation plus réaliste de la marge opérationnelle au prix d'un temps de calcul plus long pour la modélisation et la simulation. L'inclusion de ces effets ne fera que réduire la marge de conception, au lieu de l'augmenter. Il est logique de commencer par effectuer une analyse en utilisant des trajectoires de retour idéalisées, car si le design n'est pas réussi dans le cas idéal, il ne sera pas adopté dans un cas plus réaliste.

L'utilisation d'une puissance de circuit idéale néglige les effets du SSN, tandis que l'inclusion d'un modèle précis des caractéristiques d'alimentation de la carte aux broches du circuit permet de quantifier ces effets. Cette analyse nécessite un modèle IBIS sensible à la puissance pour le circuit intégré et ralentit le processus de simulation. Pour les mêmes raisons que précédemment, ces effets ne doivent être pris en compte que lorsqu'un design passe avec succès l'analyse avec une puissance idéale.

Modéliser et simuler correctement les effets de 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'énergie (PDN) de la carte. Le solveur HyperLynx Hybrid peut créer ces modèles d'interconnexion combinés directement depuis BoardSim. L'utilisateur spécifie les signaux et les fréquences qui l'intéressent, et le solveur hybride crée un modèle de paramètres S prêt à être inclus directement dans les simulations BoardSim.

Intégrité de l'alimentation au niveau des circuits imprimés

Les circuits imprimés modernes sont équipés de plusieurs sources d'alimentation, dont certaines ne sont que des plans partiels sur certaines couches de la carte. Pour modéliser avec précision l'alimentation électrique, il faut modéliser correctement ces plans partiels, les condensateurs de découplage et les parasites des composants associés, ainsi que les inductances de boucle de la structure du ventilateur de chaque condensateur. L'emplacement des plans d'alimentation et de masse dans l'empilement, ainsi que l'emplacement des condensateurs et le fanout ont un effet important sur les caractéristiques d'impédance du Power Delivery Network (PDN), comme le montrent les différents circuits intégrés.

Les composants consomment de l'énergie sur une large gamme de fréquences, du courant continu à leur vitesse de commutation interne (généralement en GHz). Il ne suffit pas de fournir une grande quantité d'énergie en courant continu, car lorsqu'un circuit à grande vitesse change, cela crée une demande d'alimentation instantanée pour répondre à l'événement de commutation. Comme les ondes électromagnétiques se propagent à une vitesse limitée, il n'y a pas de temps pour que la demande d'énergie supplémentaire soit transmise au VRM et inversement. 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 les condensateurs de la puce elle-même. Entre les deux, la carte contient une variété de condensateurs, qu'ils soient volumineux ou petits, tels que les 0204, en passant par des condensateurs optionnels sur le boîtier du circuit intégré et des structures capacitives qui font partie de la configuration du circuit intégré. Chaque groupe de services de condensateurs demande de l'énergie à des fréquences de plus en plus élevées, les condensateurs les plus hautes fréquences se trouvant sur la puce elle-même.

L'inductance est le principal facteur limitant les condensateurs de découplage, car elle limite les fréquences desservies par un condensateur donné. Ainsi, la valeur du condensateur, son placement et la sortie du ventilateur sont des caractéristiques essentielles des condensateurs haute fréquence pour circuits imprimés et boîtiers. L'inductance associée aux broches d'alimentation et de terre du boîtier du circuit intégré filtre efficacement la puissance fournie au circuit intégré ; au-delà d'un certain point, peu importe que le PCB puisse fournir une alimentation haute fréquence ou non, car il ne passerait pas par le boîtier du PC jusqu'à la puce. Le package et le package IC doivent transporter le chargement vers l'avant à partir de ce point.

Par conséquent, l'intégrité de l'alimentation en courant alternatif au niveau de la carte concerne généralement les fréquences qui commencent à la limite supérieure du VRM (généralement 5 à 25 kHz) et se terminent à la fréquence de coupure du circuit intégré (généralement 25 à 100 MHz). La fréquence de coupure du circuit intégré diminue généralement à mesure que les boîtiers grossissent, car l'inductance du boîtier augmente et le boîtier doit donc supporter une plus grande partie de la charge haute fréquence.

Lors de l'analyse d'un PDN PCB, il est extrêmement important de modéliser les condensateurs de découplage et leurs inductances et résistances parasites inhérentes, les détails du ventilateur des condensateurs ainsi que leur emplacement et leurs valeurs. L'impédance du PDN est sondée sur les différentes broches du circuit intégré afin de déterminer le profil du PDN observé sur chaque circuit.

Lorsqu'un PCB comporte de simples couches de plan d'alimentation où un plan entier est mis à la terre ou une seule alimentation, des méthodes d'analyse rapide du courant alternatif peuvent être appliquées, mais peu de circuits imprimés modernes sont fabriqués de cette façon. Lorsque les plans de puissance et de masse deviennent irréguliers, une modélisation plus détaillée est nécessaire pour comprendre leur comportement. Le solveur HyperLynx Hybrid peut capturer avec précision le comportement de plans d'alimentation et de masse de formes arbitraires, y compris en utilisant des traces longues et larges pour alimenter les différents composants. Le solveur hybride est parfaitement intégré au flux de travail Advanced Decoupling. Ainsi, une fois que l'utilisateur a identifié la tension d'alimentation à analyser et l'a configurée, le solveur hybride fait le reste.

Intégration et facilité d'utilisation d'HyperLynx

Le solveur hybride HyperLynx fait partie intégrante des flux de travail relatifs à l'intégrité du signal et de l'alimentation. Dans le cadre de ces flux de travail, des assistants d'analyse automatisés guident les utilisateurs étape par étape dans les processus de configuration et d'analyse. Les utilisateurs utilisent les assistants pour répondre aux questions de chaque page, et HyperLynx s'occupe du reste !

Dans le cadre du flux de travail sensible à l'alimentation HL-SI DDR SI, le solveur hybride est utilisé pour créer un modèle de système qui inclut les signaux DDR haut débit, ainsi que le PDN et leurs interactions. Ce modèle est utilisé pour examiner les effets des chemins de retour non idéaux et du bruit de commutation simultané.

Dans le cadre du flux de découplage avancé HL-PI, le solveur hybride est utilisé pour créer un modèle du circuit imprimé qui inclut le VRM, le PDN au niveau de la carte, des condensateurs de découplage et les broches du circuit intégré où l'impédance du PDN doit être analysée.

Dans chaque cas, les caractéristiques au niveau du tableau sont automatiquement extraites et utilisées pour créer des projets prêts à être exécutés pour le solveur, qui sont résolus et post-traités afin de produire des modèles causaux à paramètres S passifs efficaces, précis, qui sont ensuite intégrés dans des simulations au niveau du système. Les modèles à paramètres S produits par le solveur hybride documentent l'analyse et les détails de connexion pour chaque port afin de garantir une connectivité adéquate lors de la création de la netlist complète du système.

Scripting et automatisation

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

Les Solvers HyperLynx Advanced peuvent être exécutés à la fois de manière interactive et par le biais d'une automatisation basée sur Python. Cela permet de configurer, d'analyser et de déboguer initialement les designs à l'aide d'une analyse interactive afin de déterminer les paramètres de simulation optimaux. Ensuite, au fur et à mesure que le design est itéré, ces paramètres peuvent être réutilisés automatiquement pour garantir que l'analyse est toujours exécutée de la même manière, qu'elle génère les mêmes indicateurs et produit les mêmes modèles de sortie. Un environnement de script interactif en ligne de commande est disponible directement auprès des solveurs afin que les utilisateurs puissent développer et tester leurs scripts d'automatisation.

L'automatisation d'HyperLynx Advanced Solver fait partie d'un cadre de script plus large destiné à l'ensemble de la famille HyperLynx, qui permet de créer des flux d'analyse multioutils automatisés. Ce framework de script orienté objet inclut 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'effectuer des analyses complexes en quelques lignes de code personnalisé.