Hybrid Solver voor HyperLynx

De HyperLynx Hybrid Solver is een oplosser voor decompositie die is ontworpen om elektromagnetische modellen te maken voor gelaagde elektronische structuren zoals PCB's en flexibele kabels. Het is nauw geïntegreerd met HyperLynx Signal and Power Integrity om nauwkeurige, geautomatiseerde workflows voor systeemanalyse te bieden.

Hulpbronnen voor HyperLynx

Toepassingen voor hybride oplossingen

De Hybrid-oplosser van HyperLynx splitst een ontwerp op in sporen, vlakken en via's door voor elke sectie een model te maken en vervolgens het algemene gedrag op te lossen met behulp van verschillende oplossingsmethoden. Er wordt van uitgegaan dat de structuur vlak is (of, in het geval van kabels, een doorsnede), zodat deze analysetechnieken geldig zijn. Hybride oplossers zijn minder reken- en geheugenintensief dan oplossingen voor volledige golven en kunnen daardoor grotere structuren modelleren. Waar de „cut and stitch” -methode wordt gebruikt om signaalpaden te modelleren met een volledige golfoplosser, modelleert een hybride oplosser het volledige signaalpad en voert de decompositie uit in de oplosser.

De Hybrid-oplosser van HyperLynx is bij uitstek geschikt voor het uitvoeren van energiebewuste analyses van volledige DDR-interfaces, waarbij het belangrijk is om de effecten van de stroomverdeling van het retourpad en Simultaneous Switching Noise (SSN) vast te leggen. Het is ook bij uitstek geschikt voor volledige wisselstroomintegriteit, het modelleren van ontkoppelingscondensatoren en de stroomtoevoer naar IC-pinnen. De hybride oplosser is bijzonder geschikt voor stroomintegriteit omdat hij deelstroomvlakken en bijbehorende randeffecten modelleert.

Analyse van het retourpad

Signaalintegriteit die bewust is van de stroomvoorziening

De traditionele signaalintegriteit gaat ervan uit dat signalen ideale retourpaden hebben; ze bestaan altijd boven een referentievlak, zonder referentiediscontinuïteit bij het wisselen van signaalvlaklaag. Traditioneel wordt ook aangenomen dat het ideale vermogen wordt geleverd aan de uitgangsbuffers van het apparaat.

In de echte wereld moeten retourstromen die op het ene referentievlak stromen een continu elektrisch pad vinden naar een ander, waarbij meestal via's in de buurt worden genaaid. Elke omleiding van de retourstroom zorgt voor extra inductie die van invloed is op het signaalgedrag en kan resulteren in een koppeling tussen signalen via een fenomeen dat bekend staat als het delen van retourstroom. Op dezelfde manier is de stroomrail bij een uitgangsbuffer niet ideaal, en de spanning van de driver kan dalen als veel uitgangen tegelijkertijd in dezelfde richting schakelen. De mate van spanningsdaling wordt bepaald door de uitgangsrandsnelheid, de sterkte van de driver, een schakeleffect dat bekend staat als breekbalkstroom en de hoeveelheid hoogfrequente capacitieve ontkoppeling die dat gebied van de matrijs bedient. De uitval van de stroomrail vermindert het vermogen dat beschikbaar is voor de driver van de uitgang, waardoor de randsnelheid van de uitgang zachter en lager wordt. Dit fenomeen staat bekend als Simultaneous Switching Noise, of SSN. SSN verlaagt de operationele marges van het signaal en kan in ernstige gevallen het beschikbare oog bij de ingang van de ontvanger sluiten.

Het gebruik van een ideaal signaalretourpad maakt snelle modellering mogelijk, maar negeert de effecten van trace over split, het delen van het retourpad als gevolg van onvoldoende stiksels, koppeling tussen signaalvia's en signaal via overspraak via de stroomholte. Als u deze effecten meekrijgt, krijgt u een realistischere schatting van de operationele marge ten koste van meer rekentijd voor modellering en simulatie. Als u deze effecten meekrijgt, wordt de ontwerpmarge alleen maar kleiner, niet groter. Het is verstandig om eerst analyses uit te voeren met geïdealiseerde retourpaden - want als het ontwerp in het ideale geval niet slaagt, zal het ook niet slagen in een realistischer ontwerp.

Door het ideale IC-vermogen te gebruiken, worden de effecten van SSN genegeerd, terwijl een nauwkeurig model van de stroomleveringskarakteristieken van het bord aan de IC-pinnen wordt toegevoegd, deze effecten kunnen worden gekwantificeerd. Voor deze analyse is een IBIS-model met energiebewustzijn nodig voor de IC en dat vertraagt het simulatieproces. Om dezelfde redenen als voorheen moeten deze effecten alleen in aanmerking worden genomen als een ontwerp de analyse met het ideale vermogen doorstaat.

Voor het correct modelleren en simuleren van de effecten van niet-ideale retourpaden en SSN is een nauwkeurig interconnectiemodel nodig dat het gecombineerde gedrag van signaalsporen en het Power-Delivery Network (PDN) van het bord omvat. De Hybrid-oplosser van HyperLynx kan deze gecombineerde verbindingsmodellen rechtstreeks vanuit BoardSIM maken - de gebruiker specificeert de signalen en frequenties die van belang zijn, en de hybride oplosser creëert een S-parametermodel dat klaar is voor directe opname in BoardSIM-simulaties.

Stroomintegriteit op PCB-niveau

Moderne printplaten hebben meerdere voedingen, waarvan sommige slechts gedeeltelijke vlakken zijn op bepaalde lagen van de printplaat. Om de vermogensafgifte nauwkeurig te modelleren, moeten deze deelvlakken correct worden gemodelleerd, samen met ontkoppelingscondensatoren en bijbehorende parasitaire componenten, en de lusinductanties van de fanoutstructuur van elke condensator. De locatie van de voedings- en grondvlakken binnen de stack, evenals de locatie van de condensator en de fanout hebben een groot effect op de impedantiekarakteristiek van het Power Delivery Network (PDN), zoals blijkt uit de verschillende IC's.

Componenten verbruiken stroom op een groot aantal frequenties, van DC tot hun interne schakelsnelheden (meestal in de GHz). Gewoon veel stroom leveren bij gelijkstroom is niet genoeg, want wanneer een hogesnelheidscircuit overschakelt, ontstaat er onmiddellijk een behoefte aan vermogen om de omschakeling te ondersteunen. Omdat EM-golven zich met een eindige snelheid verplaatsen, is er geen tijd om extra vermogen naar de VRM en terug te laten stromen - er moet een lokaal ladingsreservoir zijn (een condensator) dat kan worden afgetapt. Dat is de rol die ontkoppelingscondensatoren spelen in Power Delivery Networks.

In de praktijk is de PDN een gedistribueerde hiërarchie van condensatoren die begint met de spanningsregelaar (VRM) en eindigt met condensatoren op de IC-chip zelf. Daartussenin zijn er verschillende condensatoren op het bord, variërend van grote tot kleine apparaten zoals 0204s, optionele condensatoren op het IC-pakket en capacitieve structuren die deel uitmaken van de IC-indeling. Elke groep condensatordiensten heeft vermogen nodig met achtereenvolgens hogere frequenties, waarbij de condensatoren met de hoogste frequentie zich op de chip zelf bevinden.

Inductie is de belangrijkste beperkende factor voor het ontkoppelen van condensatoren, omdat het de frequenties beperkt die een bepaalde condensator kan bedienen. De waarde van de condensator, de plaatsing en de fanout zijn dus cruciale kenmerken voor hoogfrequente printplaten en pakketcondensatoren. De inductie die is gekoppeld aan de voedings- en aardingspennen van het IC-pakket filtert effectief het vermogen dat naar het IC wordt geleverd; na een bepaald punt maakt het niet uit of de printplaat hoogfrequente voeding kan leveren of niet, want dan zou het niet via het PC-pakket naar de chip komen. Het pakket en het IC-pakket moeten de lading vanaf dat moment naar voren dragen.

Als gevolg hiervan houdt de integriteit van de wisselstroom op bordniveau zich doorgaans bezig met frequenties die beginnen bij de bovengrens van de VRM (meestal 5-25 kHz) en eindigen bij de uitschakelfrequentie voor het IC-pakket (meestal 25-100 MHz). De afsnijfrequentie voor het IC-pakket neemt doorgaans af naarmate de pakketten groter worden, omdat de inductantie van het pakket toeneemt en het pakket daarom een groter deel van de hoogfrequente belasting moet dragen.

Bij het analyseren van een PCB-PDN is het van cruciaal belang om de ontkoppelingscondensatoren en hun inherente parasitaire inductanties en weerstanden, de details van de fanout van de condensator en de locaties en waarden van de condensator te modelleren. De impedantie van de PDN wordt op verschillende IC-pinnen onderzocht om het PDN-profiel te bepalen dat op elk IC wordt weergegeven.

Wanneer een printplaat eenvoudige power plane-lagen heeft waarbij een heel vlak is geslepen of een enkele voeding, kunnen snelle AC-analysemethoden worden toegepast, maar weinig moderne PCB's worden op die manier gemaakt. Wanneer de stroom- en grondvlakken onregelmatig worden, is meer gedetailleerde modellering nodig om hun gedrag vast te leggen. De Hybrid-oplosser van HyperLynx kan nauwkeurig het gedrag vastleggen van willekeurig gevormde vermogens- en grondvlakken, inclusief het gebruik van lange, brede sporen om afzonderlijke componenten van stroom te voorzien. De hybride oplosser is naadloos geïntegreerd in de Advanced Decoupling-workflow, dus zodra de gebruiker de te analyseren spanning heeft geïdentificeerd en ingesteld, doet de hybride oplosser de rest.

HyperLynx-integratie en gebruiksgemak

De hybride oplossing van HyperLynx is een nauw geïntegreerd onderdeel van de workflows voor signaal- en stroomintegriteit. Binnen deze workflows begeleiden geautomatiseerde analysewizards gebruikers stap voor stap door de installatie- en analyseprocessen. Gebruikers doorlopen de wizards om de vragen op elke pagina te beantwoorden, en HyperLynx doet de rest!

Binnen de energiebewuste workflow van de HL-SI DDR SI wordt de hybride oplosser gebruikt om een systeemmodel te creëren dat de snelle DDR-signalen omvat, samen met de PDN en hun interacties. Dit model wordt gebruikt om de effecten te onderzoeken van zowel niet-ideale retourpaden als gelijktijdige schakelruis.

Binnen de geavanceerde ontkoppelingsworkflow van HL-PI wordt de hybride oplosser gebruikt om een model van de printplaat te maken dat de VRM, de PDN op bordniveau, ontkoppelingscondensatoren en de IC-pinnen bevat waarop de PDN-impedantie moet worden geanalyseerd.

In elk geval worden de kenmerken op bestuursniveau automatisch geëxtraheerd en gebruikt om kant-en-klare projecten voor de oplosser op te stellen, die worden opgelost en nabewerkt om efficiënte, nauwkeurige, passieve, causale S-parametermodellen te produceren die vervolgens worden opgenomen in simulaties op systeemniveau. De S-parametermodellen die door de hybride oplosser worden uitgevoerd, documenteren de analyse- en verbindingsgegevens voor elke poort om te zorgen voor een goede connectiviteit wanneer de volledige netlijst van het systeem wordt samengesteld.

Scripting en automatisering

Analyse van de signaalintegriteit en stroomintegriteit zijn complexe processen die uit meerdere stappen bestaan, waarbij het wijzigen van een enkele optie een aanzienlijke invloed kan hebben op het eindresultaat. Omdat deze simulaties vaak tijdrovend, rekenintensief en geheugenintensief zijn, is het van cruciaal belang dat de simulaties correct worden ingesteld en consistent worden uitgevoerd. Zonder de mogelijkheid om ervoor te zorgen dat simulaties consistent en nauwkeurig worden uitgevoerd, gaat er veel tijd verloren bij het aanpassen en opnieuw simuleren.

HyperLynx Advanced Solvers kunnen zowel interactief als via automatisering in Python worden uitgevoerd. Dit maakt het mogelijk om ontwerpen in eerste instantie op te zetten, te analyseren en te debuggen met behulp van interactieve analyse om de optimale simulatie-instellingen te bepalen. Naarmate het ontwerp wordt herhaald, kunnen die instellingen vervolgens worden hergebruikt door middel van automatisering om ervoor te zorgen dat de analyses altijd op dezelfde manier worden uitgevoerd, over dezelfde statistieken wordt gerapporteerd en dezelfde uitvoermodellen worden geproduceerd. Een interactieve scriptomgeving op de opdrachtregel is rechtstreeks beschikbaar bij de oplossers, zodat gebruikers hun automatiseringsscripts kunnen ontwikkelen en testen.

HyperLynx Advanced Solver-automatisering maakt deel uit van een breder scriptraamwerk voor de volledige HyperLynx-familie, waarmee geautomatiseerde analysestromen voor meerdere tools kunnen worden gecreëerd. Dit objectgeoriënteerde scriptraamwerk omvat vooraf gedefinieerde stromen voor stroomintegriteit, signaalintegriteit en analyse van de naleving van seriële links, waarmee gebruikers complexe analyses kunnen uitvoeren met slechts een paar regels aangepaste code.