HyperLynx Hybrid Solver

HyperLynx Hybrid Solver to solver dekompozycyjny zaprojektowany do tworzenia modeli elektromagnetycznych dla warstwowych struktur elektronicznych, takich jak płytki drukowane i elastyczne kable. Jest ściśle zintegrowany z HyperLynx Signal and Power Integrity, aby zapewnić dokładne, zautomatyzowane przepływy pracy analizy systemu.

Zasoby HyperLynx

Hybrydowe aplikacje solwerowe

Solver HyperLynx Hybrid rozkłada projekt na ślady, płaszczyzny i przelotki, tworząc model dla każdej sekcji, a następnie rozwiązując ogólne zachowanie przy użyciu różnych metod rozwiązywania. Zakłada się, że struktura jest płaska (lub w przypadku kabli przekrój poprzeczny), tak że te techniki analityczne są ważne. Rozpuszczalniki hybrydowe są mniej obliczeniowe i wymagające pamięci niż rozwiązywanie pełnofalowe i w rezultacie mogą modelować większe struktury. Tam, gdzie metoda „cięcia i zszycia” jest używana do modelowania ścieżek sygnału za pomocą solwera pełnofalowego, solwer hybrydowy modeluje całą ścieżkę sygnału i przeprowadza dekompozycję w solwerze.

Solver HyperLynx Hybrid idealnie nadaje się do przeprowadzania analizy z uwzględnieniem zasilania całych interfejsów DDR, gdzie ważne jest rejestrowanie efektów współdzielenia prądu ścieżki powrotnej i jednoczesnego szumu przełączania (SSN). Idealnie nadaje się również do integralności zasilania prądem przemiennym na pełnym płycie, modelowania kondensatorów odłączających i dostarczania zasilania do pinów IC. Solver Hybrid jest szczególnie dobrze dopasowany do integralności mocy, ponieważ modeluje płaszczyzny mocy częściowej i związane z nimi efekty frędzli.

Analiza ścieżki zwrotnej

Integralność sygnału z uwzględnieniem zasilania

Tradycyjna integralność sygnału zakłada, że sygnały mają idealne ścieżki powrotne; zawsze istniejące nad płaszczyzną odniesienia, bez nieciągłości odniesienia podczas przełączania warstw płaszczyzny sygnału. Tradycyjnie zakłada się również, że idealna moc jest dostarczana do buforów wyjściowych urządzenia.

W prawdziwym świecie prądy powrotne płynące na jednej płaszczyźnie odniesienia muszą znaleźć ciągłą ścieżkę elektryczną do innej, co zwykle obejmuje pobliskie przelotki zszywania. Każde odchylenie prądu powrotnego tworzy dodatkową indukcyjność, która wpływa na zachowanie sygnału i może skutkować sprzężeniem między sygnałami poprzez zjawisko znane jako współdzielenie prądu powrotnego. Podobnie szyna zasilająca na buforze wyjściowym nie jest idealna, a napięcie sterownika może spaść, jeśli wiele wyjść przełącza się jednocześnie w tym samym kierunku. Wielkość spadku napięcia zależy od szybkości krawędzi wyjściowej, siły sterownika, efektu przełączania znanego jako prąd łomu oraz ilości pojemnościowego oddzielania o wysokiej częstotliwości, które obsługuje ten obszar matrycy. Opadanie szyny mocy wyjściowej zmniejsza moc dostępną dla sterownika wyjściowego, zmiękczając i spowalniając szybkość krawędzi wyjściowej. Zjawisko to jest znane jako szum jednoczesnego przełączania lub SSN. SSN zmniejsza marginesy pracy sygnału i, w ciężkich przypadkach, może zamknąć dostępne oko na wejściu odbiornika.

Zastosowanie idealnej ścieżki zwrotnej sygnału pozwala na szybkie modelowanie, ale zaniedbuje efekty śledzenia nad podziałem, dzielenia się ścieżką powrotną z powodu nieodpowiednich przelotów szycia, sprzężenia między przelotkami sygnałowymi a sygnałem poprzez przesłuchanie przez wnękę zasilania. Uwzględnienie tych efektów zapewnia bardziej realistyczne oszacowanie marży operacyjnej kosztem większego czasu obliczania modelowania i symulacji. Włączenie tych efektów tylko zmniejszy margines projektu, a nie zwiększy go. Warto najpierw przeprowadzić analizę z wyidealizowanymi ścieżkami powrotnymi - ponieważ jeśli projekt nie przejdzie w idealnym przypadku, nie przejdzie w bardziej realistyczny.

Korzystanie z idealnej mocy IC pomija efekty SSN, a włączenie dokładnego modelu charakterystyki zasilania płyty do pinów IC pozwala na ilościowe określenie tych efektów. Ta analiza wymaga inteligentnego modelu IBIS dla układu scalonego i spowalnia proces symulacji. Z tych samych powodów, co poprzednio, efekty te powinny być brane pod uwagę tylko wtedy, gdy projekt przejdzie analizę z idealną mocą.

Prawidłowe modelowanie i symulacja efektów nieidealnych ścieżek powrotnych i SSN wymaga dokładnego modelu połączenia, który obejmuje połączone zachowania śladów sygnału i sieci zasilania (PDN) płyty. Solver HyperLynx Hybrid może tworzyć te połączone modele połączeń bezpośrednio z BoardSIM - użytkownik określa interesujące sygnały i częstotliwości, a solver hybrydowy tworzy model parametrów S gotowy do bezpośredniego włączenia do symulacji BoardSIM.

Integralność zasilania na poziomie PCB

Nowoczesne płytki drukowane mają wiele zasilaczy, z których niektóre są tylko częściowymi płaszczyznami na niektórych warstwach płytki. Dokładne modelowanie dostarczania mocy wymaga prawidłowego modelowania tych płaszczyzn częściowych wraz z kondensatorami oddzielającymi i powiązanymi pasożytami składowymi oraz indukcyjnością pętli struktury wentylatora każdego kondensatora. Lokalizacja płaszczyzn mocy i uziemienia w układzie, a także lokalizacja kondensatora i wentylator mają duży wpływ na charakterystykę impedancji sieci zasilania (PDN) widzianą przez różne układy scalone.

Komponenty zużywają energię w szerokim zakresie częstotliwości, od DC po wewnętrzne prędkości przełączania (zwykle w GHz). Samo dostarczenie dużej mocy przy prądzie stałym nie wystarczy, ponieważ gdy przełącza się obwód dużej prędkości, tworzy natychmiastowe zapotrzebowanie na moc w celu wsparcia zdarzenia przełączania. Ponieważ fale EM poruszają się z skończoną prędkością, nie ma czasu, aby zapotrzebowanie na dodatkową moc przepłynęło do VRM iz powrotem - musi istnieć lokalny zbiornik ładunku (kondensator), który można dotknąć. Taka jest rola, jaką odłączające kondensatory odgrywają w sieciach zasilania.

W praktyce PDN jest rozproszoną hierarchią kondensatorów, która zaczyna się od regulatora napięcia (VRM), a kończy się kondensatorami na samej matrycy IC. Pomiędzy nimi na płycie znajduje się wiele kondensatorów, od luzem do małych urządzeń, takich jak 0204s, opcjonalne kondensatory na pakiecie IC i struktury pojemnościowe, które są częścią układu układów scalonych. Każda grupa kondensatorów obsługuje zapotrzebowanie na moc przy kolejno wyższych częstotliwościach, przy czym kondensatory o najwyższej częstotliwości znajdują się na samej matrycy.

Indukcyjność jest głównym czynnikiem ograniczającym odłączanie kondensatorów, ponieważ ogranicza częstotliwości, które dany kondensator może obsługiwać. Tak więc wartość kondensatora, rozmieszczenie i wentylator są krytycznymi cechami dla PCB o wysokiej częstotliwości i kondensatorów opakowaniowych. Indukcyjność związana z pinami zasilania i uziemienia pakietu IC skutecznie filtruje moc dostarczaną do układu scalonego; poza pewnym punktem nie ma znaczenia, czy płytka drukowana może dostarczać moc o wysokiej częstotliwości, czy nie, ponieważ nie przedostałaby się przez pakiet komputera do matrycy. Pakiet i pakiet IC muszą przenosić ładunek do przodu z tego punktu.

W rezultacie integralność zasilania prądu przemiennego na poziomie płyty zazwyczaj dotyczy częstotliwości, które zaczynają się od górnej granicy VRM (zwykle 5-25 kHz) i kończą się na częstotliwości odcięcia mocy dla pakietu IC (zazwyczaj 25-100 MHz). Częstotliwość odcięcia dla pakietu IC zwykle maleje, gdy pakiety stają się większe, ponieważ indukcyjność pakietu wzrasta, a zatem pakiet musi przenosić więcej obciążenia o wysokiej częstotliwości.

Podczas analizy PDN PCB niezwykle ważne jest modelowanie kondensatorów odłączających oraz ich nieodłącznych indukcyjności i rezystancji pasożytniczych, szczegółów wentylatora kondensatora oraz lokalizacji i wartości kondensatorów. Impedancja PDN jest sondowana na różnych pinach IC w celu określenia profilu PDN widocznego na każdym układzie scalonym.

Gdy płytka drukowana ma proste warstwy płaszczyzny zasilania, w których cała płaszczyzna jest uziemiona lub pojedynczy zasilacz, można zastosować szybkie metody analizy prądu przemiennego - ale niewiele nowoczesnych płytek drukowanych jest wytwarzanych w ten sposób. Kiedy płaszczyzny mocy i naziemne stają się nieregularne, potrzebne jest bardziej szczegółowe modelowanie, aby uchwycić ich zachowanie. Solver HyperLynx Hybrid może dokładnie uchwycić zachowanie dowolnie ukształtowanych płaszczyzn mocy i uziemienia, w tym wykorzystanie długich, szerokich śladów do dostarczania mocy do poszczególnych komponentów. Solver hybrydowy jest bezproblemowo zintegrowany z procesem zaawansowanego odłączania, więc gdy użytkownik zidentyfikuje zasilanie napięcia, które ma być analizowane i skonfigurować, solver hybrydowy wykona resztę.

Integracja z HyperLynx i łatwość obsługi

Hybrydowy solver HyperLynx służy jako ściśle zintegrowana część przepływów pracy integralności sygnału i zasilania. W ramach tych przepływów pracy automatyczne kreatory analizy prowadzą użytkowników krok po kroku przez procesy konfiguracji i analizy. Użytkownicy przechodzą przez kreatorów odpowiadających na pytania na każdej stronie, a HyperLynx robi resztę!

W ramach przepływu pracy z uwzględnieniem zasilania HL-SI DDR SI solver hybrydowy służy do stworzenia modelu systemu obejmującego szybkie sygnały DDR wraz z PDN i ich interakcjami. Model ten służy do badania skutków zarówno nieidealnych ścieżek powrotnych, jak i jednoczesnego szumu przełączania.

W ramach zaawansowanego procesu rozłączania HL-PI solver hybrydowy służy do stworzenia modelu płytki drukowanej, który obejmuje VRM, PDN na poziomie płyty, kondensatory odłączające i piny IC, w których ma być analizowana impedancja PDN.

W każdym przypadku charakterystyki poziomu płyty są automatycznie wyodrębniane i wykorzystywane do tworzenia gotowych do uruchomienia projektów dla solvera, które są rozwiązywane i przetwarzane w celu uzyskania wydajnych, dokładnych, pasywnych, przyczynowych modeli parametrów S, które są następnie włączane do symulacji na poziomie systemu. Modele parametrów S wyprowadzane przez solver hybrydowy dokumentują analizę i szczegóły połączenia dla każdego portu, aby zapewnić prawidłową łączność po skonstruowaniu pełnej listy sieci systemowej.

Skrypty i automatyzacja

Analiza integralności sygnału i mocy to złożone, wieloetapowe procesy, w których zmiana jednej opcji może znacząco wpłynąć na wynik końcowy. Ponieważ symulacje te są często długie, obliczeniowe i wymagają dużej ilości pamięci, zapewnienie prawidłowego konfigurowania i konsekwentnego wykonywania symulacji ma kluczowe znaczenie. Bez możliwości zapewnienia, że symulacje są wykonywane konsekwentnie i dokładnie, wiele czasu jest tracone na dostosowywanie i ponowną symulację.

HyperLynx Advanced Solvers można uruchamiać zarówno interaktywnie, jak i za pomocą automatyzacji opartej na Pythonie. Pozwala to na wstępną konfigurację, analizę i debugowanie projektów za pomocą analizy interaktywnej w celu określenia optymalnych ustawień symulacji. Następnie, gdy projekt jest iterowany, ustawienia te mogą być ponownie wykorzystane poprzez automatyzację, aby zapewnić, że analiza jest zawsze prowadzona w ten sam sposób, raporty na tych samych metrykach i wytwarzanie tych samych modeli wyjściowych. Interaktywne środowisko skryptów wiersza poleceń jest dostępne bezpośrednio z solwerami, dzięki czemu użytkownicy mogą tworzyć i testować swoje skrypty automatyzacji.

HyperLynx Advanced Solver Automation jest częścią szerszego frameworka skryptowego dla całej rodziny HyperLynx, która umożliwia tworzenie zautomatyzowanych przepływów analizy wielu narzędzi. Ta obiektowo zorientowana struktura skryptów obejmuje wstępnie zdefiniowane przepływy dla integralności zasilania, integralności sygnału i analizy zgodności z łączami szeregowymi, które umożliwiają użytkownikom przeprowadzanie złożonych analiz za pomocą zaledwie kilku wierszy niestandardowego kodu.