HyperLynx Hybrid Solver

O HyperLynx Hybrid Solver é um solucionador de decomposição projetado para criar modelos eletromagnéticos para estruturas eletrônicas em camadas, como PCBs e cabos flexíveis. Ele é totalmente integrado ao HyperLynx Signal and Power Integrity para fornecer fluxos de trabalho de análise de sistema precisos e automatizados.

Recursos do HyperLynx

Aplicações de solucionadores híbridos

O solucionador HyperLynx Hybrid decompõe um design em traços, planos e vias criando um modelo para cada seção e, em seguida, resolvendo o comportamento geral usando uma variedade de métodos diferentes de solver. Ele assume que a estrutura é plana (ou, no caso de cabos, uma seção transversal), de forma que essas técnicas analíticas sejam válidas. Os solucionadores híbridos consomem menos computação e memória do que os solucionadores de onda completa e, como resultado, podem modelar estruturas maiores. Onde o método “cortar e costurar” é usado para modelar caminhos de sinal com um solucionador de ondas completo, um solucionador híbrido modela todo o caminho do sinal e executa a decomposição no solucionador.

O solucionador HyperLynx Hybrid é ideal para realizar análises com reconhecimento de energia de interfaces DDR inteiras, nas quais é importante capturar os efeitos do compartilhamento de corrente do caminho de retorno e do ruído de comutação simultânea (SSN). Também é ideal para integridade de energia CA de placa completa, modelagem de capacitores de desacoplamento e fornecimento de energia aos pinos IC. O solucionador híbrido é especialmente adequado à integridade da energia, pois modela planos de potência parciais e os efeitos marginais associados.

Análise do caminho de retorno

Integridade do sinal com reconhecimento de energia

A integridade tradicional do sinal pressupõe que os sinais tenham caminhos de retorno ideais; sempre existindo em um plano de referência, sem descontinuidade de referência ao alternar as camadas do plano do sinal. Também é tradicionalmente assumido que a energia ideal é fornecida aos buffers de saída do dispositivo.

No mundo real, as correntes de retorno que fluem em um plano de referência devem encontrar um caminho elétrico contínuo para outro, o que geralmente envolve vias de costura próximas. Qualquer desvio da corrente de retorno cria indutância adicional que afeta o comportamento do sinal e pode resultar no acoplamento entre os sinais por meio de um fenômeno conhecido como compartilhamento da corrente de retorno. Da mesma forma, o barramento de alimentação em um buffer de saída não é ideal e a tensão do acionador pode cair se muitas saídas mudarem simultaneamente na mesma direção. A quantidade de queda de tensão é determinada pela taxa de borda de saída, pela força do acionador, por um efeito de comutação conhecido como corrente de pé-de-cabra e pela quantidade de desacoplamento capacitivo de alta frequência que atende a área da matriz. A inclinação do trilho de alimentação de saída reduz a potência disponível para o driver de saída, suavizando e diminuindo a taxa de borda de saída. Esse fenômeno é conhecido como ruído de comutação simultânea, ou SSN. O SSN reduz as margens operacionais do sinal e, em casos graves, pode fechar o olho disponível na entrada do receptor.

O uso de um caminho de retorno de sinal ideal permite uma modelagem rápida, mas negligencia os efeitos do rastreamento sobre a divisão, do compartilhamento do caminho de retorno devido a vias de costura inadequadas, do acoplamento entre as vias de sinal e do sinal por meio de interferência na cavidade de alimentação. A inclusão desses efeitos fornece uma estimativa mais realista da margem operacional ao custo de mais tempo de computação de modelagem e simulação. Incluir esses efeitos só reduzirá a margem de design, não a aumentará. Faz sentido executar primeiro a análise com caminhos de retorno idealizados, porque se o design não for aprovado no caso ideal, ele não passará em um caso mais realista.

O uso da potência ideal do IC negligencia os efeitos do SSN, enquanto a inclusão de um modelo preciso das características de fornecimento de energia da placa aos pinos do IC permite que esses efeitos sejam quantificados. Essa análise requer um modelo IBIS com reconhecimento de energia para o IC e retarda o processo de simulação. Pelas mesmas razões de antes, esses efeitos só devem ser considerados quando um projeto passa pela análise com a potência ideal.

Modelar e simular corretamente os efeitos de caminhos de retorno não ideais e SSN requer um modelo de interconexão preciso que inclua os comportamentos combinados dos traços de sinal e da Rede de Entrega de Energia (PDN) da placa. O solucionador HyperLynx Hybrid pode criar esses modelos de interconexão combinados diretamente do BoardSIM - o usuário especifica os sinais e frequências de interesse, e o solucionador Hybrid cria um modelo de parâmetro S pronto para inclusão direta nas simulações do BoardSIM.

Integridade de energia em nível de PCB

As placas de circuito impresso modernas têm várias fontes de alimentação, algumas das quais são apenas planos parciais em certas camadas da placa. A modelagem precisa do fornecimento de energia requer a modelagem correta desses planos parciais, juntamente com capacitores de desacoplamento e componentes parasitas associados e as indutâncias de circuito da estrutura de ventilação de cada capacitor. A localização dos planos de energia e de aterramento dentro do empilhamento, bem como a localização do capacitor e do ventilador, têm um grande efeito na característica de impedância da Rede de Fornecimento de Energia (PDN), vista pelos diferentes ICs.

Os componentes consomem energia em uma ampla faixa de frequências, desde DC até suas velocidades de comutação internas (geralmente em GHz). Simplesmente fornecer muita energia em DC não é suficiente, porque quando um circuito de alta velocidade é comutado, ele cria uma demanda instantânea de energia para suportar o evento de comutação. Como as ondas EM viajam em velocidade finita, não há tempo para que a demanda por energia adicional flua para o VRM e vice-versa - deve haver um reservatório de carga local (um capacitor) que possa ser aproveitado. Esse é o papel que os capacitores de desacoplamento desempenham nas redes de fornecimento de energia.

Na prática, o PDN é uma hierarquia distribuída de capacitores que começa com o regulador de tensão (VRM) e termina com capacitores na própria matriz do IC. No meio, há uma variedade de capacitores na placa que variam de dispositivos em massa a pequenos, como 0204s, capacitores opcionais no pacote IC e estruturas capacitivas que fazem parte do layout do IC. Cada grupo de capacitores atende às demandas de energia em frequências sucessivamente mais altas, com os capacitores de maior frequência na própria matriz.

A indutância é o principal fator limitante para desacoplar capacitores, porque limita as frequências que um determinado capacitor pode atender. Portanto, o valor, o posicionamento e a ventilação do capacitor são características críticas para PCB de alta frequência e capacitores de pacote. A indutância associada aos pinos de alimentação e aterramento do pacote IC filtra efetivamente a energia fornecida ao IC; além de um certo ponto, não importa se o PCB pode fornecer energia de alta frequência ou não, porque não passaria pelo pacote do PC até a matriz. O pacote e o pacote IC devem transportar a carga para frente a partir desse ponto.

Como resultado, a integridade da energia CA no nível da placa normalmente se preocupa com frequências que começam no limite superior do VRM (normalmente de 5 a 25 kHz) e terminam na frequência de corte de energia do pacote IC (normalmente de 25 a 100 MHz). A frequência de corte para o pacote IC normalmente diminui à medida que os pacotes ficam maiores, porque a indutância do pacote aumenta e, portanto, o pacote precisa carregar mais carga de alta frequência.

Ao analisar um PCB PDN, é extremamente importante modelar os capacitores de desacoplamento e suas indutâncias e resistências parasitas inerentes, os detalhes do ventilador do capacitor e as localizações e valores do capacitor. A impedância do PDN é sondada em diferentes pinos de IC para determinar o perfil de PDN visto em cada IC.

Quando um PCB tem camadas simples de plano de potência em que um plano inteiro é aterrado ou uma única fonte de alimentação, métodos rápidos de análise de CA podem ser aplicados - mas poucos PCBs modernos são feitos dessa forma. Quando os planos terrestre e de potência se tornam irregulares, é necessária uma modelagem mais detalhada para capturar seu comportamento. O solucionador HyperLynx Hybrid pode capturar com precisão o comportamento de planos de potência e terra de formato arbitrário, incluindo o uso de traços longos e largos para fornecer energia a componentes individuais. O solucionador híbrido é perfeitamente integrado ao fluxo de trabalho de desacoplamento avançado; portanto, quando o usuário identifica a fonte de tensão a ser analisada e a configura, o solucionador híbrido faz o resto.

Integração com HyperLynx e facilidade de uso

O solucionador híbrido HyperLynx serve como uma parte totalmente integrada dos fluxos de trabalho de integridade de sinal e energia. Nesses fluxos de trabalho, os assistentes de análise automatizada orientam os usuários pelos processos de configuração e análise, passo a passo. Os usuários percorrem os assistentes respondendo às perguntas em cada página, e o HyperLynx faz o resto!

No fluxo de trabalho com reconhecimento de energia do HL-SI DDR SI, o solucionador híbrido é usado para criar um modelo de sistema que inclui os sinais DDR de alta velocidade, junto com o PDN e suas interações. Esse modelo é usado para examinar os efeitos dos caminhos de retorno não ideais e do ruído de comutação simultâneo.

Dentro do fluxo de trabalho de desacoplamento avançado HL-PI, o solucionador híbrido é usado para criar um modelo do PCB que inclui o VRM, o PDN no nível da placa, os capacitores de desacoplamento e os pinos IC onde a impedância do PDN deve ser analisada.

Em cada caso, as características em nível de placa são automaticamente extraídas e usadas para criar projetos prontos para execução para o solucionador, que são resolvidos e pós-processados para produzir modelos de parâmetros S causais eficientes, precisos, passivos e que são então incorporados às simulações em nível de sistema. Os modelos de parâmetros S emitidos pelo solucionador híbrido documentam os detalhes da análise e da conexão de cada porta para garantir a conectividade adequada quando a lista de rede completa do sistema é construída.

Scripting e automação

A análise de integridade de sinal e energia são processos complexos de várias etapas, nos quais a alteração de uma única opção pode afetar significativamente o resultado final. Como essas simulações geralmente são longas, exigem muita computação e memória, garantir que as simulações sejam configuradas adequadamente e executadas de forma consistente é fundamental. Sem a capacidade de garantir que as simulações sejam realizadas de forma consistente e precisa, perde-se muito tempo ajustando e resimulando.

Os HyperLynx Advanced Solvers podem ser executados de forma interativa e por meio de automação baseada em Python. Isso permite que os projetos sejam inicialmente configurados, analisados e depurados usando análise interativa para determinar as configurações ideais de simulação. Então, à medida que o design é iterado, essas configurações podem ser reutilizadas por meio da automação para garantir que a análise seja sempre executada da mesma maneira, reporte as mesmas métricas e produza os mesmos modelos de saída. Um ambiente interativo de script de linha de comando está disponível diretamente com os solucionadores para que os usuários possam desenvolver e testar seus scripts de automação.

A automação do HyperLynx Advanced Solver faz parte de uma estrutura de script mais ampla para toda a família HyperLynx, que permite a criação de fluxos automatizados de análise de várias ferramentas. Essa estrutura de script orientada a objetos inclui fluxos predefinidos para integridade de energia, integridade de sinal e análise de conformidade de links seriais que permitem que os usuários executem análises complexas com apenas algumas linhas de código personalizado.