HyperLynx Hybrid Solver

HyperLynx Hybrid Solver è un solutore decompositivo progettato per creare modelli elettromagnetici per strutture elettroniche stratificate come PCB e cavi flessibili. È strettamente integrato con HyperLynx Signal e Power Integrity per fornire flussi di lavoro di analisi del sistema accurati e automatizzati.

Risorse HyperLynx

Applicazioni con risolutore ibrido

Il risolutore HyperLynx Hybrid scompone un progetto in tracce, piani e vie creando un modello per ogni sezione e quindi risolvendo il comportamento generale utilizzando una varietà di metodi di risoluzione diversi. Presuppone che la struttura sia planare (o, nel caso dei cavi, una sezione trasversale) tale che queste tecniche analitiche siano valide. I solutori ibridi richiedono meno elaborazione e memoria rispetto alla risoluzione a onda intera e di conseguenza possono modellare strutture più grandi. Laddove il metodo «cut and stitch» viene utilizzato per modellare i percorsi dei segnali con un solutore a onda intera, un solutore ibrido modella l'intero percorso del segnale ed esegue la decomposizione nel solutore.

Il solver HyperLynx Hybrid è ideale per eseguire analisi basate sull'alimentazione di intere interfacce DDR, dove è importante catturare gli effetti della condivisione della corrente sul percorso di ritorno e del rumore di commutazione simultanea (SSN). È ideale anche per l'integrità dell'alimentazione CA a scheda completa, la modellazione di condensatori di disaccoppiamento e l'erogazione di potenza ai pin IC. Il risolutore ibrido è particolarmente adatto all'integrità dell'alimentazione perché modella i piani di potenza parziali e gli effetti marginali associati.

Analisi del percorso di ritorno

Integrità del segnale con riconoscimento dell'alimentazione

L'integrità del segnale tradizionale presuppone che i segnali abbiano percorsi di ritorno ideali; sempre esistenti su un piano di riferimento, senza discontinuità di riferimento quando si cambia strato del piano del segnale. Inoltre, si presume tradizionalmente che la potenza ideale venga erogata ai buffer di uscita del dispositivo.

Nel mondo reale, le correnti di ritorno che fluiscono su un piano di riferimento devono trovare un percorso elettrico continuo verso un altro, che di solito comporta vie di cucitura vicine. Qualsiasi deviazione della corrente di ritorno crea un'induttanza aggiuntiva che influisce sul comportamento del segnale e può provocare l'accoppiamento tra i segnali attraverso un fenomeno noto come condivisione della corrente di ritorno. Allo stesso modo, la linea di alimentazione in corrispondenza di un buffer di uscita non è l'ideale e la tensione del driver può diminuire se molte uscite si commutano contemporaneamente nella stessa direzione. La quantità di caduta di tensione è determinata dalla velocità limite di uscita, dalla potenza del driver, da un effetto di commutazione noto come corrente al piede di porco e dalla quantità di disaccoppiamento capacitivo ad alta frequenza che serve quell'area dello stampo. La riduzione della potenza in uscita riduce la potenza disponibile per il driver di uscita, attenuando e rallentando la velocità limite di uscita. Questo fenomeno è noto come rumore di commutazione simultanea, o SSN. SSN riduce i margini operativi del segnale e, nei casi più gravi, può chiudere l'occhio disponibile all'ingresso del ricevitore.

L'utilizzo di un percorso di ritorno del segnale ideale consente una modellazione rapida ma trascura gli effetti della traccia sulla divisione, della condivisione del percorso di ritorno dovuta a vie di cucitura inadeguate, dell'accoppiamento tra i via del segnale e del segnale tramite diafonia attraverso la cavità di alimentazione. L'inclusione di questi effetti fornisce una stima più realistica del margine operativo al costo di maggiori tempi di calcolo della modellazione e della simulazione. L'inclusione di questi effetti ridurrà sempre e solo il margine di progettazione, non lo aumenterà. Ha senso eseguire prima l'analisi con percorsi di ritorno idealizzati, perché se il progetto non passa nel caso ideale, non passerà in uno più realistico.

L'uso della potenza IC ideale trascura gli effetti di SSN, mentre l'inclusione di un modello accurato delle caratteristiche di erogazione della potenza della scheda ai pin IC consente di quantificare questi effetti. Questa analisi richiede un modello IBIS basato sull'alimentazione per l'IC e rallenta il processo di simulazione. Per le stesse ragioni di prima, questi effetti dovrebbero essere considerati solo quando un progetto supera l'analisi con una potenza ideale.

Modellare e simulare correttamente gli effetti di percorsi di ritorno non ideali e SSN richiede un modello di interconnessione accurato che includa i comportamenti combinati delle tracce di segnale e del Power-Delivery Network (PDN) della scheda. Il solver HyperLynx Hybrid può creare questi modelli di interconnessione combinati direttamente da BoardSIM: l'utente specifica i segnali e le frequenze di interesse e il solver Hybrid crea un modello di parametri S pronto per l'inclusione diretta nelle simulazioni BoardSIM.

Integrità dell'alimentazione a livello di PCB

I moderni circuiti stampati hanno più alimentatori, alcuni dei quali sono solo piani parziali su determinati strati della scheda. Modellare con precisione l'erogazione di energia richiede la modellazione corretta di questi piani parziali insieme ai condensatori di disaccoppiamento e ai componenti parassiti associati e alle induttanze ad anello della struttura fanout di ciascun condensatore. La posizione dei piani di alimentazione e di massa all'interno dello stack, così come la posizione dei condensatori e del fanout hanno un grande effetto sulla caratteristica di impedenza del Power Delivery Network (PDN) vista dai diversi circuiti integrati.

I componenti consumano energia a un'ampia gamma di frequenze, dalla corrente continua fino alle velocità di commutazione interne (di solito in GHz). Fornire semplicemente molta energia in corrente continua non è sufficiente, perché quando un circuito ad alta velocità commuta, crea una richiesta istantanea di energia per supportare l'evento di commutazione. Poiché le onde EM viaggiano a velocità finita, non c'è tempo perché la richiesta di energia aggiuntiva fluisca verso il VRM e viceversa: deve esserci un serbatoio di carica locale (un condensatore) che può essere sfruttato. Questo è il ruolo dei condensatori di disaccoppiamento nelle reti di distribuzione di energia.

In pratica, il PDN è una gerarchia distribuita di condensatori che inizia con il regolatore di tensione (VRM) e termina con i condensatori sullo stampo IC stesso. Nel mezzo, ci sono una varietà di condensatori sulla scheda che vanno da dispositivi di massa a piccoli dispositivi come 0204s, condensatori opzionali sul pacchetto IC e strutture capacitive che fanno parte del layout IC. Ogni gruppo di servizi di condensatori richiede alimentazione a frequenze sempre più alte, con i condensatori a frequenza più alta che si trovano sullo stampo stesso.

L'induttanza è il principale fattore limitante per il disaccoppiamento dei condensatori, perché limita le frequenze che un determinato condensatore può servire. Pertanto, il valore, il posizionamento e il fanout del condensatore sono caratteristiche fondamentali per i PCB ad alta frequenza e i condensatori a pacchetto. L'induttanza associata all'alimentazione e ai pin di messa a terra del pacchetto IC filtra efficacemente la potenza erogata all'IC; oltre un certo punto, non importa se il PCB può fornire alimentazione ad alta frequenza o meno, perché non arriverebbe attraverso il pacchetto PC fino al die. Il pacchetto e il pacchetto IC devono portare avanti il carico da quel momento.

Di conseguenza, l'integrità dell'alimentazione AC a livello di scheda riguarda in genere le frequenze che iniziano dal limite superiore del VRM (in genere 5-25 kHz) e terminano alla frequenza di interruzione dell'alimentazione per il pacchetto IC (in genere 25-100 MHz). La frequenza di taglio per il pacchetto IC in genere diminuisce man mano che i pacchetti si ingrandiscono, perché l'induttanza del pacchetto aumenta e il pacchetto deve quindi sopportare una maggiore quantità di carico ad alta frequenza.

Quando si analizza un PDN PCB, è di fondamentale importanza modellare i condensatori di disaccoppiamento e le loro induttanze e resistenze parassite intrinseche, i dettagli della ventola del condensatore e le posizioni e i valori dei condensatori. L'impedenza del PDN viene rilevata su diversi pin IC per determinare il profilo PDN visualizzato su ciascun IC.

Quando un PCB ha semplici strati del piano di alimentazione in cui un intero piano è messo a terra o un singolo alimentatore, possono essere applicati metodi di analisi AC rapidi, ma pochi PCB moderni sono realizzati in questo modo. Quando i piani di potenza e di terra diventano irregolari, è necessaria una modellazione più dettagliata per catturarne il comportamento. Il solver HyperLynx Hybrid è in grado di catturare con precisione il comportamento di piani di alimentazione e di massa di forma arbitraria, incluso l'uso di tracce lunghe e larghe per fornire energia ai singoli componenti. Il solutore ibrido è perfettamente integrato nel flusso di lavoro Advanced Decoupling, quindi una volta che l'utente ha identificato l'alimentazione di tensione da analizzare e l'ha configurata, il solutore ibrido fa il resto.

Integrazione con HyperLynx e facilità d'uso

Il risolutore ibrido HyperLynx funge da parte strettamente integrata dei flussi di lavoro di integrità del segnale e dell'alimentazione. All'interno di questi flussi di lavoro, procedure guidate di analisi automatizzate guidano gli utenti passo dopo passo attraverso i processi di configurazione e analisi. Gli utenti seguono le procedure guidate rispondendo alle domande su ogni pagina e HyperLynx fa il resto!

All'interno del flusso di lavoro basato sull'alimentazione HL-SI DDR SI, il solutore ibrido viene utilizzato per creare un modello di sistema che includa i segnali DDR ad alta velocità, insieme al PDN e alle relative interazioni. Questo modello viene utilizzato per esaminare gli effetti sia dei percorsi di ritorno non ideali che del rumore di commutazione simultanea.

Nell'ambito del flusso di lavoro di disaccoppiamento avanzato HL-PI, il solutore ibrido viene utilizzato per creare un modello del PCB che includa il VRM, il PDN a livello di scheda, i condensatori di disaccoppiamento e i pin IC in cui deve essere analizzata l'impedenza PDN.

In ogni caso, le caratteristiche a livello di scheda vengono estratte automaticamente e utilizzate per creare progetti pronti per l'esecuzione per il solutore, che vengono risolti e post-elaborati per produrre modelli di parametri S efficienti, accurati, passivi e causali che vengono poi incorporati nelle simulazioni a livello di sistema. I modelli con parametri S generati dal solutore ibrido documentano l'analisi e i dettagli di connessione per ciascuna porta per garantire una connettività adeguata quando viene creata la netlist completa del sistema.

Scripting e automazione

L'analisi dell'integrità del segnale e dell'alimentazione sono processi complessi in più fasi, in cui la modifica di una singola opzione può influire in modo significativo sul risultato finale. Poiché queste simulazioni sono spesso lunghe, richiedono elaborazione e memoria, è fondamentale garantire che le simulazioni siano impostate correttamente ed eseguite in modo coerente. Senza la capacità di garantire che le simulazioni siano eseguite in modo coerente e accurato, si perde molto tempo per la regolazione e la resimulazione.

HyperLynx Advanced Solvers può essere eseguito sia in modo interattivo che tramite automazione basata su Python. Ciò consente di configurare, analizzare e debuggare inizialmente i progetti utilizzando un'analisi interattiva per determinare le impostazioni di simulazione ottimali. Quindi, man mano che il design viene iterato, tali impostazioni possono essere riutilizzate tramite l'automazione per garantire che l'analisi venga eseguita sempre allo stesso modo, generi report sulle stesse metriche e produca gli stessi modelli di output. Un ambiente di scripting interattivo a riga di comando è disponibile direttamente con i risolutori in modo che gli utenti possano sviluppare e testare i propri script di automazione.

L'automazione di HyperLynx Advanced Solver fa parte di un framework di scripting più ampio per l'intera famiglia HyperLynx, che consente di creare flussi di analisi automatici multi-tool. Questo framework di scripting orientato agli oggetti include flussi predefiniti per l'integrità dell'alimentazione, l'integrità del segnale e l'analisi della conformità dei collegamenti seriali che consentono agli utenti di eseguire analisi complesse con poche righe di codice personalizzato.