Het ontwerp van het SERDES-kanaal

De breedste ondersteuning voor standaarden

Een diagram met verschillende SerDeS-protocollen en hun toepassingen voor snelle gegevensoverdracht.

HyperLynx ondersteunt meer dan 250 verschillende protocollen en varianten van de Ethernet, Fiber Channel, HDMI, JESS, MIPI D-PHY, OIF-CEI, PCI-e en USB gezinnen.

Seriële links moeten voldoen aan de vereisten in de bijbehorende normen en specificatiedocumenten. Deze specificaties bevatten de vereisten voor het zenderapparaat (Tx) en het IC-pakket, de interconnect op pin-naar-pin op systeemniveau en het ontvangerapparaat (Rx) en het IC-pakket. Deze documenten zijn lang (vaak honderden pagina's) en gedetailleerd. Het is een enorme taak om slechts één standaard volledig te begrijpen, maar er zijn er tientallen, met honderden varianten.

De experts van Siemens bestuderen elk van deze standaarden om simulatie-instellingen te creëren die HyperLynx configureren om de juiste analyseflow uit te voeren en de statistieken te rapporteren die aan elk standaardprotocol zijn gekoppeld.

Elk analysetype wordt gespecificeerd via een ingebouwd configuratiebestand dat automatisch de kanaalsnelheid, modulatie, stimuluscodering, analysestroom en metrische rapportage instelt voor zowel Compliance Analysis als IBIS-AMI-simulatie. Deze configuratiebestanden kunnen worden gekopieerd en gewijzigd met behulp van een ingebouwde editor, en nieuwe configuraties kunnen worden toegevoegd indien beschikbaar. HyperLynx bevat ook een reeks „generieke” configuraties die nuttig zijn voor snelle wat-als-analyses en ondersteuning voor prototyping voor nieuwe protocollen.

Geïntegreerde 3D-EM-modellering

Elektromagnetische 3D-modellering met volledige golven van BGA- en connectoronderbrekingen, via overgangen en blokkerende condensatoren, is essentieel voor nauwkeurige analyse van seriële verbindingen met snelheden van meer dan 5 GT/s. Zonder nauwkeurige 3D EM-modellen voor deze gebieden kunnen de marges op systeemniveau niet nauwkeurig worden bepaald.

Het volledige end-to-end-kanaalmodel is opgebouwd uit verschillende elementen, waaronder doorgaans door de leverancier geleverde S-parameterbestanden (IC-pakketten en connectoren), traceermodellen met inbegrip van oppervlakteruwheidseffecten, en S-parameterbestanden van 3D EM-oplossers om de uitbraak van PCB's weer te geven, via condensatorstructuren en blokkerende condensatorstructuren. Het proces waarbij de routering in secties wordt verdeeld en vervolgens het volledige tracemodel wordt opgebouwd op basis van de bijbehorende modellen, staat bekend als knip- en steekmodellering. Het is van cruciaal belang dat de modellen voor de afzonderlijke secties zo worden gespecificeerd dat ze kunnen worden samengevoegd zonder dat er fouten worden gemaakt. HyperLynx automatiseert dit proces om complete topologiemodellen voor seriële koppelingen te produceren. Het kanaalmodel is gemaakt op basis van kennis van het protocol dat wordt geanalyseerd, zodat het voldoet aan de protocolvereisten voor modelresolutie en bandbreedte.

Bij het extraheren van een topologiemodel voor een seriële link gebruikt HyperLynx eerst een ingebouwde DRC-engine om gebieden te identificeren waarvoor 3D EM-modellering vereist is. Een gebied dat het signaal en het retourpad bevat, wordt geïdentificeerd, en vervolgens wordt een bijbehorend 3D EM-oplosserproject gecreëerd. Deze analyse wordt uitgevoerd op alle kanalen die worden geanalyseerd, en de 3D-gebieden worden vergeleken, zodat identieke gebieden niet twee keer worden opgelost. De resulterende gebieden worden vervolgens automatisch opgelost en er worden complete kanaal-tot-eindmodellen gemaakt voor simulatie en verwerking van resultaten. HyperLynx automatiseert dit hele proces - de ontwerper specificeert de signalen die van belang zijn en criteria voor de identificatie van een agressorsignaal - en HyperLynx doet de rest. Dit proces biedt een volledige nauwkeurigheid van de kanaalmodellering die vergelijkbaar is met het modelleren van het hele kanaal in een 3D-oplosser, tegen een fractie van de reken- en geheugenkosten.

Voor grote ontwerpen met honderden kanalen en duizenden gebieden schaalt HyperLynx de prestaties van de 3D-oplosser door solvers parallel via een LAN uit te voeren, ofwel door gebruik te maken van faciliteiten voor taakbeheer die al op de locatie van de klant zijn geïnstalleerd, ofwel door gebruik te maken van de eigen interne taakdistributiefaciliteit.

Analyse van de naleving van superieure normen

In de analyse van de naleving van het protocol wordt de interconnectie van pin naar pin op systeemniveau in een ontwerp onderzocht om ervoor te zorgen dat deze voldoet aan de vereisten van de toepasselijke protocolstandaard. Het maakt gebruik van de vereisten voor systeemverbindingen die zijn gepubliceerd als onderdeel van de standaard zelf. Complianceanalyse is vooral nuttig omdat de meeste systeemontwerpers kant-en-klare IC's gebruiken; ze maken niet de IC's die ze gebruiken of de bijbehorende IC-pakketten. Compliance Analysis richt zich op wat systeemontwerpers daadwerkelijk maken: systeemborden. Tot nu toe hoefden de meeste systeemontwerpers hun werk alleen te valideren door een linksimulatie uit te voeren met behulp van door de leverancier geleverde componentenmodellen (IBIS-AMI). Dit maakt het nog ingewikkelder, omdat IBIS-AMI-modellen vaak moeilijk te verkrijgen en te valideren zijn, en het proces om simulaties op te zetten en resultaten te interpreteren vaak varieert van model tot model.

Een grafische weergave van een conformiteitstest voor snelle seriële datatransmissiesystemen.

De normen voor seriële verbindingen specificeren gedetailleerde vereisten voor de interconnectie van het systeem die analytisch kunnen worden geverifieerd. Aangezien systeemontwerpers doorgaans verantwoordelijk zijn voor het ontwerp van een PCB-interconnectie die gebruikmaakt van kant-en-klare componenten, is het zinvol om het ontwerp van de systeemverbinding zelf te analyseren en te optimaliseren. Dat is precies wat HyperLynx Compliance Analysis doet. Compliance Analysis werkt wanneer er geen leveranciersmodellen (IBIS-AMI) beschikbaar zijn, zodat de analyse altijd op basis van een ontwerp kan worden uitgevoerd. De HyperLynx Compliance Analysis-flow is hetzelfde, ongeacht de componenten van de leverancier die worden gebruikt, wat betekent dat deze één keer kan worden geleerd en voor verschillende ontwerpen en leveranciers van componenten kan worden gebruikt - in plaats van elke keer te veranderen. De HyperLynx-stroom is zelfs constant in meerdere protocollen, in tegenstelling tot andere op standaarden gebaseerde technieken waarbij de gebruikte hulpmiddelen en analysemethodologie van protocol tot protocol verschillen.

De HyperLynx Compliance Analysis levert een uitgebreid HTML-rapport op dat laat zien hoe de kanaalkenmerken zich verhouden tot de tijd- en frequentievereisten. De operationele marges van het kanaal worden weergegeven op basis van een „spec” Tx en Rx, samen met automatisch bepaalde optimale equalizerinstellingen die worden gebruikt om de analyse uit te voeren. Het rapport bevat een schat aan gedetailleerde gegevens die nuttig zijn om te bepalen hoe het kanaalontwerp kan worden verbeterd.

Complianceanalyses zijn sneller en eenvoudiger uit te voeren dan simulaties met IBIS-AMI-modellen van leveranciers. Als uit de Compliance Analysis blijkt dat een ontwerp geschikt is voor Tx- en Rx-apparaten op basis van specificaties, EN de apparaten van de daadwerkelijke leverancier van de componenten voldoen aan de norm of deze overtreffen, dan mag worden verwacht dat het complete systeem werkt. IBIS-AMI-analyse wordt nog steeds aanbevolen voor de ondertekening van het ontwerp, maar Compliance Analysis is een ideale manier om ontwerpen te screenen en te debuggen voordat u de tijd en moeite investeert die nodig is voor een volledige IBIS-AMI-simulatie.

IBIS-AMI-simulatie

Simulatie met door de leverancier geleverde modellen (IBIS-AMI) is de meest nauwkeurige vorm van seriële linkanalyse, omdat hiermee de daadwerkelijke apparaten en de equalisatiemogelijkheden worden gemodelleerd die voor de Tx en Rx in een seriële link zullen worden gebruikt. Wanneer de werkelijke IC's de vereisten van de norm overtreffen, zal dat gedrag tot uiting komen in een hogere operationele marge voor de link. Omdat IBIS-AMI-modellen de werkelijke egalisatiemogelijkheden en -instellingen van de fysieke apparaten weergeven, kan simulatie worden gebruikt om te bepalen welke egalisatie-instellingen op systeemniveau moeten worden geïmplementeerd.

Deze verhoogde nauwkeurigheid heeft echter een prijs: de inspanning die nodig is om IBIS-AMI-modellen te verkrijgen en te valideren voor gebruik, samen met de extra inspanningen die nodig zijn om simulaties te configureren en de simulatieresultaten te interpreteren. IBIS-AMI-modellen zijn er in drie hoofdvarianten, vaak statistische modellen (alleen Init), Time-Domain (alleen GetWave) en Dual-modellen (zowel Init als Getwave) genoemd. Dit betekent dat de analysestromen zullen variëren tussen verschillende combinaties van modellen, omdat analysestromen worden bepaald door de modeltypen die in de simulatie worden gebruikt. Om IBIS-AMI-modellen effectief te kunnen gebruiken, is inzicht nodig in de verschillende modeltypes en de juiste toepassing ervan; meestal is dat een taak voor toegewijde simulatiespecialisten. Om deze reden wordt aanbevolen om de expertise-intensieve IBIS-AMI-simulatie uit te stellen, waarbij eerst Compliance Analysis wordt gebruikt om zoveel mogelijk problemen te identificeren en op te lossen. Een bijkomend voordeel is dat de kanaalmodellen die zijn gemaakt voor Compliance Analysis rechtstreeks kunnen worden hergebruikt voor IBIS-AMI-simulatie, zodat al het gedetailleerde kanaalmodelleringswerk al gedaan is!

Persoon in zwart shirt staat tegen witte muur met zwarte rand en houdt een donker voorwerp vast.

De breedste ondersteuning voor standaarden

Geïntegreerde 3D-EM-modellering

Analyse van de naleving van superieure normen

IBIS-AMI-simulatie

SERDES-kanaalvereffening voor seriële interfaces

Resources