HyperLynx Hybrid Solver

HyperLynx Hybrid Solverは、PCBやフレキシブルケーブルなどの層状電子構造の電磁モデルを作成するために設計された分解ソルバーです。HyperLynxのシグナルおよびパワーインテグリティと緊密に統合されており、正確で自動化されたシステム分析ワークフローを提供します。

HyperLynx リソース

ハイブリッドソルバーアプリケーション

HyperLynx Hybrid ソルバーは、各セクションのモデルを作成し、さまざまなソルバーメソッドを使用して全体的な動作を解くことで、設計をトレース、プレーン、ビアに分解します。これらの分析技術が有効であるためには、構造が平面（またはケーブルの場合は断面）であることを前提としています。ハイブリッドソルバーは、全波解法よりも計算量やメモリ消費量が少なく、結果としてより大きな構造をモデル化できます。「カットアンドスティッチ」法が全波ソルバーで信号経路をモデル化するのに対し、ハイブリッドソルバーは信号経路全体をモデル化し、ソルバーで分解を実行します。

HyperLynx Hybrid ソルバーは、リターンパスの電流共有と同時スイッチングノイズ（SSN）の影響を捉えることが重要な、DDRインターフェイス全体のパワーを考慮した解析を行うのに最適です。また、フルボードのAC電源インテグリティ、デカップリングコンデンサのモデリング、ICピンへの電力供給にも最適です。ハイブリッドソルバーは、部分的な電源プレーンとそれに関連するフリンジ効果をモデル化するため、特にパワーインテグリティに適しています。

リターンパス分析

パワーを意識したシグナルインテグリティ

従来のシグナルインテグリティでは、信号には理想的なリターンパスがあり、常にリファレンスプレーン上に存在し、シグナルプレーンの層を切り替えてもリファレンスの不連続性がないことを前提としています。また、伝統的に、理想的な電力はデバイスの出力バッファに供給されると想定されていました。

現実の世界では、ある基準面に流れるリターン電流は、別の基準面への連続した電気経路を見つける必要があります。これには通常、近くのステッチビアが必要です。リターン電流が流れると、追加のインダクタンスが生成され、信号の動作に影響を与え、リターン電流シェアリングと呼ばれる現象によって信号間の結合が発生する可能性があります。同様に、出力バッファの電源レールは理想的ではなく、多くの出力が同じ方向に同時に切り替わると、ドライバの電圧が低下する可能性があります。電圧ドループの量は、出力エッジレート、ドライバ強度、クローバー電流と呼ばれるスイッチング効果、およびダイのその領域に対応する高周波容量性デカップリングの量によって決まります。出力電源レールドループは、出力ドライバに供給される電力を減らし、出力エッジレートを柔らかくしたり遅くしたりします。この現象は同時スイッチングノイズ、またはSSNとして知られています。SSNは信号の動作マージンを減らし、ひどい場合にはレシーバー入力の空いている目を閉じてしまいます。

理想的な信号リターンパスを使用すると迅速なモデリングが可能になりますが、トレースのオーバースプリット、不十分なステッチビアによるリターンパスの共有、信号ビアと電源キャビティを介した信号経由のクロストーク間のカップリングの影響は無視されます。これらの効果を含めると、モデリングとシミュレーションの計算時間が長くなりますが、より現実的な営業利益率の見積もりが得られます。これらの効果を含めても、デザインマージンは減少するだけで、増加することはありません。最初に理想的なリターンパスで分析を実行するのは理にかなっています。理想的なケースで設計が通らなければ、より現実的なケースでは成功しないからです。

理想的なIC電源を使用するとSSNの影響は無視されますが、ICピンへのボードの電力供給特性の正確なモデルを含めると、これらの影響を定量化できます。この分析には、IC用の電力対応のIBISモデルが必要で、シミュレーションプロセスが遅くなります。以前と同じ理由で、これらの影響は、設計が理想的な検出力で解析に合格した後にのみ考慮されるべきです。

理想的でないリターンパスとSSNの影響を正しくモデル化してシミュレートするには、信号トレースとボードの電力供給ネットワーク（PDN）を組み合わせた正確な相互接続モデルが必要です。HyperLynxハイブリッドソルバーは、BoardSIMから直接これらの複合相互接続モデルを作成できます。ユーザーが対象の信号と周波数を指定すると、ハイブリッドソルバーはBoardSIMシミュレーションに直接組み込むことができるSパラメータモデルを作成します。

PCBレベルのパワーインテグリティ

現代のプリント回路基板には複数の電源があり、そのうちのいくつかは基板の特定の層の部分的な面にすぎません。電力供給を正確にモデル化するには、デカップリングコンデンサと関連するコンポーネント寄生、および各コンデンサのファンアウト構造のループインダクタンスとともに、これらの部分平面を正しくモデル化する必要があります。スタックアップ内の電源プレーンとグランドプレーンの位置、およびコンデンサの位置とファンアウトは、さまざまなICから見たPower Delivery Network（PDN）のインピーダンス特性に大きな影響を与えます。

コンポーネントは、DCから内部のスイッチング速度（通常はGHz）まで、幅広い周波数で電力を消費します。DCに大量の電力を供給するだけでは十分ではありません。高速回路が切り替わると、スイッチングイベントをサポートするための電力が瞬時に必要になるからです。EM波は有限の速度で伝わるため、追加の電力需要がVRMに流れて戻ってくる時間はありません。タップできる電荷の蓄積（コンデンサ）が局所的に必要です。それが電力供給ネットワークでデカップリングコンデンサが果たす役割です。

実際には、PDNは電圧レギュレータ（VRM）で始まり、ICダイ自体のコンデンサで終わるコンデンサの分散階層です。その間には、バルクから0204のような小型デバイスまで、さまざまなコンデンサ、ICパッケージのオプションのコンデンサ、ICレイアウトの一部である容量性構造まで、さまざまなコンデンサがボード上にあります。コンデンサの各グループは、ダイ自体に搭載された最高周波数のコンデンサを使用して、連続的に高い周波数の電力需要に対応します。

インダクタンスは、特定のコンデンサが使用できる周波数を制限するため、デカップリングコンデンサの主な制限要因です。したがって、コンデンサの値、配置、およびファンアウトは、高周波PCBおよびパッケージコンデンサの重要な機能です。ICパッケージの電源ピンと接地ピンに関連するインダクタンスは、ICに供給される電力を効果的にフィルタリングします。ある点を超えると、PCBが高周波電力を供給できるかどうかは関係ありません。PCパッケージを通ってダイに到達しないからです。パッケージとICパッケージは、そこから荷物を前方に運ぶ必要があります。

その結果、ボードレベルでのAC電源インテグリティは、通常、VRMの上限（通常5〜25 kHz）で始まり、ICパッケージの電源カットオフ周波数（通常は25〜100 MHz）で終わる周波数に関係します。ICパッケージのカットオフ周波数は、通常、パッケージが大きくなるにつれて低下します。これは、パッケージのインダクタンスが増加し、パッケージがより多くの高周波負荷を担わなければならないためです。

PCB PDNを分析するときは、デカップリングコンデンサとその固有の寄生インダクタンスと抵抗、コンデンサのファンアウトの詳細、コンデンサの位置と値をモデル化することが非常に重要です。PDNのインピーダンスをさまざまなICピンで調べて、各ICで見られるPDNプロファイルを決定します。

PCBに単純な電源プレーン層があり、プレーン全体が接地されているか、単一の電源がある場合は、高速AC分析法を適用できますが、そのように作られた最新のPCBはほとんどありません。電源プレーンとグランドプレーンが不規則になった場合、それらの動作を把握するには、より詳細なモデリングが必要です。HyperLynx Hybrid ソルバーは、個々のコンポーネントに電力を供給するための長くて幅の広いトレースの使用を含め、任意の形状の電源プレーンとグランドプレーンの挙動を正確に捉えることができます。ハイブリッドソルバーはアドバンストデカップリングワークフローにシームレスに統合されているので、ユーザーが分析する電源を特定して設定すると、ハイブリッドソルバーが残りの作業を行います。

HyperLynxの統合と使いやすさ

HyperLynxハイブリッドソルバーは、シグナルインテグリティとパワーインテグリティのワークフローの緊密に統合された部分として機能します。これらのワークフローでは、自動分析ウィザードがセットアップと分析のプロセスを段階的に案内します。ユーザーはウィザードを順を追って各ページの質問に答え、残りはHyperLynxが行います！

HL-SI DDR SIパワーアウェアワークフローでは、ハイブリッドソルバーを使用して、高速DDR信号、PDN、およびそれらの相互作用を含むシステムモデルを作成します。このモデルは、理想的でないリターンパスと同時スイッチングノイズの両方の影響を調べるために使用されます。

HL-PIアドバンストデカップリングワークフローでは、ハイブリッドソルバーを使用して、VRM、ボードレベルのPDN、デカップリングコンデンサ、PDNインピーダンスを解析するICピンを含むPCBのモデルを作成します。

いずれの場合も、ボードレベルの特性が自動的に抽出され、ソルバーですぐに実行できるプロジェクトが作成されます。これらのプロジェクトは解決され、後処理されて、効率的で正確な、受動的な因果Sパラメータモデルが生成され、システムレベルのシミュレーションに組み込まれます。ハイブリッドソルバーが出力するSパラメータモデルは、システム全体のネットリストを作成するときに適切な接続を確保するために、各ポートの分析と接続の詳細を文書化します。

スクリプトと自動化

シグナルインテグリティとパワーインテグリティ分析は複雑で多段階のプロセスであり、1つのオプションを変更すると最終結果に大きな影響を与える可能性があります。これらのシミュレーションは時間がかかり、計算能力とメモリを大量に消費することが多いため、シミュレーションを適切に設定し、一貫して実行することが重要です。シミュレーションが一貫して正確に実行されるようにする機能がなければ、調整と再シミュレーションに多くの時間が費やされます。

HyperLynx Advanced Solvers は、インタラクティブに実行することも、Pythonベースの自動化を通じて実行することもできます。これにより、インタラクティブな分析を使用して設計を最初に設定、分析、デバッグして、最適なシミュレーション設定を決定できます。その後、設計が繰り返されるにつれて、それらの設定は自動化によって再利用され、分析が常に同じ方法で実行され、同じ指標で報告され、同じ出力モデルが生成されます。インタラクティブなコマンドラインスクリプト環境がソルバーで直接利用できるので、ユーザーは自動化スクリプトを開発してテストできます。

HyperLynx Advanced Solverの自動化は、HyperLynxファミリー全体の幅広いスクリプトフレームワークの一部であり、自動化されたマルチツール分析フローを作成できます。このオブジェクト指向のスクリプトフレームワークには、パワーインテグリティ、シグナルインテグリティ、シリアルリンクコンプライアンス分析のための事前定義されたフローが含まれており、ユーザーはわずか数行のカスタムコードで複雑な解析を実行できます。