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Verificação de canal serial

Projeto e verificação do canal serial HyperLynx

O HyperLynx realiza tanto a análise de conformidade de interconexão baseada em padrões quanto a simulação IBIS-AMI baseada no modelo do fornecedor para links seriais de alta velocidade. A análise pós-rota automatizada em nível de sistema inclui extração completa da topologia usando modelagem EM 3D integrada com desempenho escalável.

Visualização técnica do design do canal serial com elementos de circuito digital e conexões de fluxo de dados.

O suporte de padrões mais amplo

A diagram showing various SerDes protocols and their applications in high-speed data transmission.

O HyperLynx suporta mais de 250 protocolos e variantes diferentes do Ethernet, Canal de fibra, HDMI, JUDEU, MIPI D-PHY, OIF-CEI, PCI-e e USB famílias.

Os links seriais devem estar em conformidade com os requisitos dos documentos de especificação de padrões associados. Essas especificações estabelecem os requisitos para o dispositivo transmissor (Tx) e o pacote IC, a interconexão de nível de sistema pino a pino e o dispositivo receptor (Rx) e o pacote IC. Esses documentos são longos (geralmente centenas de páginas) e detalhados. Entender completamente apenas um padrão é uma tarefa enorme, mas existem dezenas deles, com centenas de variantes.

Os especialistas da Siemens estudam cada um desses padrões para criar configurações de simulação que configuram o HyperLynx para realizar o fluxo de análise correto e relatar as métricas associadas a cada protocolo padrão.

Cada tipo de análise é especificado por meio de um arquivo de configuração integrado que configura automaticamente a velocidade do canal, a modulação, a codificação de estímulos, o fluxo de análise e os relatórios métricos para análise de conformidade e simulação IBIS-AMI. Esses arquivos de configuração podem ser copiados e modificados usando um editor embutido, e novas configurações podem ser adicionadas quando disponíveis. O HyperLynx também inclui um conjunto de configurações “genéricas” que são úteis para análise rápida de hipóteses e suporte de prototipagem para novos protocolos.

Modelagem EM 3D integrada

A modelagem eletromagnética 3D de onda completa de BGA e rupturas de conectores, por meio de transições e capacitores de bloqueio, é essencial para uma análise precisa de links seriais em velocidades acima de 5 GT/s. Sem modelos 3D EM precisos para essas áreas, as margens no nível do sistema não podem ser determinadas com precisão.

O modelo completo de canal de ponta a ponta é construído a partir de uma variedade de elementos diferentes que normalmente incluem arquivos de parâmetros S fornecidos pelo fornecedor (pacotes de IC e conectores), modelos de rastreamento, incluindo efeitos de rugosidade da superfície, e arquivos de parâmetros S de solucionadores 3D EM para representar a fuga de PCB, através e bloqueio de estruturas de capacitores. O processo de dividir o roteamento em seções e, em seguida, construir o modelo de rastreamento completo a partir dos modelos associados é conhecido como modelagem de corte e costura. É fundamental que os modelos para as seções individuais sejam especificados de uma forma que permita que eles sejam colocados em cascata sem introduzir erros. O HyperLynx automatiza esse processo para produzir modelos completos de topologia para links seriais. O modelo de canal é criado com base no conhecimento do protocolo que está sendo analisado para que esteja em conformidade com os requisitos do protocolo para resolução do modelo e largura de banda.

Ao extrair um modelo de topologia para um link serial, o HyperLynx primeiro usa um mecanismo DRC incorporado para identificar áreas que exigem modelagem EM 3D. Uma área contendo o sinal e seu caminho de retorno são identificados e, em seguida, um projeto de solucionador 3D EM correspondente é criado. Essa análise é realizada em todos os canais que estão sendo analisados e as áreas 3D são comparadas para que quaisquer áreas idênticas não sejam resolvidas duas vezes. As áreas resultantes são então resolvidas automaticamente e modelos completos de canal de ponta a ponta são criados para simulação e processamento de resultados. O HyperLynx automatiza todo esse processo - o designer especifica os sinais de interesse e os critérios para identificar um sinal agressor - e o HyperLynx faz o resto. Esse processo fornece uma precisão total de modelagem de canais comparável à modelagem de todo o canal em um solucionador 3D, por uma fração do custo de computação e memória.

Sleek HyperLynx technology logo with dynamic lines representing scalable digital performance

Para projetos grandes com centenas de canais e milhares de áreas, o HyperLynx dimensiona o desempenho do solucionador 3D executando os solucionadores em paralelo em uma LAN, aproveitando os recursos de gerenciamento de carga já instalados no local do cliente ou usando sua própria instalação interna de distribuição de tarefas.

Análise de conformidade com padrões superiores

A Análise de Conformidade de Protocolo examina a interconexão de nível de sistema pino a pino em um projeto para garantir que ela atenda aos requisitos do padrão de protocolo aplicável. Ele aproveita os requisitos de interconexão do sistema publicados como parte do próprio padrão. A análise de conformidade é especialmente útil porque a maioria dos projetistas de sistemas usa ICs prontos para uso; eles não criam nem os ICs que usam nem os pacotes de IC associados. A análise de conformidade se concentra no que os projetistas de sistema realmente criam: placas de sistema. Até agora, a única maneira pela qual a maioria dos projetistas de sistemas tinha de validar seu trabalho era executar uma simulação de link usando modelos de componentes fornecidos pelo fornecedor (IBIS-AMI). Isso adiciona uma camada de complicação porque os modelos IBIS-AMI geralmente são difíceis de obter e validar, e o processo para configurar simulações e interpretar os resultados geralmente varia de modelo para modelo.

A graphical representation of a compliance test for high-speed serial data transmission systems.

Os padrões de link serial especificam requisitos detalhados para a interconexão do sistema que podem ser verificados analiticamente. Como os projetistas de sistemas geralmente são responsáveis pelo design da interconexão de PCB que usa componentes prontos para uso, faz sentido analisar e otimizar o design da interconexão do sistema por si só. É exatamente isso que o HyperLynx Compliance Analysis faz. A análise de conformidade funciona quando os modelos do fornecedor (IBIS-AMI) não estão disponíveis, portanto, ela sempre pode ser executada em um projeto. O fluxo de análise de conformidade do HyperLynx é o mesmo, independentemente de quais componentes do fornecedor sejam usados, o que significa que ele pode ser aprendido uma vez e usado em diferentes designs e fornecedores de componentes, em vez de mudar a cada vez. O fluxo do HyperLynx é constante em vários protocolos, ao contrário de outras técnicas baseadas em padrões que variam as ferramentas usadas e a metodologia analítica de protocolo para protocolo.

A Análise de Conformidade do HyperLynx produz um relatório HTML abrangente que mostra como as características do canal se comparam aos requisitos de tempo e frequência. As margens operacionais do canal usando uma “especificação” Tx e Rx são mostradas, junto com as configurações ideais do equalizador determinadas automaticamente usadas para realizar a análise. O relatório contém uma grande quantidade de dados detalhados que são úteis para determinar como o design do canal pode ser aprimorado.

A análise de conformidade é mais rápida e fácil de executar do que a simulação com modelos IBIS-AMI do fornecedor. Se a análise de conformidade mostrar que um projeto funcionará com dispositivos Tx e Rx baseados em especificações e que os dispositivos reais do fornecedor do componente atendem ou excedem o padrão, espera-se que o sistema completo funcione. A análise IBIS-AMI ainda é recomendada para aprovação do projeto, mas a análise de conformidade é uma maneira ideal de rastrear e depurar projetos antes de investir o investimento de tempo e esforço necessários para a simulação completa do IBIS-AMI.

Simulação IBIS-AMI

A simulação com modelos fornecidos pelo fornecedor (IBIS-AMI) é a forma mais precisa de análise de link serial, pois ela modela os dispositivos reais e os recursos de equalização que serão usados para o Tx e o Rx em um link serial. Quando os ICs reais excedem os requisitos do padrão, esses comportamentos se refletirão em uma maior margem operacional para o link. Como os modelos IBIS-AMI refletem as capacidades e configurações reais de equalização dos dispositivos físicos, a simulação pode ser usada para determinar as configurações de equalização que devem ser implementadas no nível do sistema.

Essa maior precisão, no entanto, tem um preço: o esforço necessário para obter e validar os modelos IBIS-AMI para uso, juntamente com o esforço adicional necessário para configurar simulações e interpretar os resultados da simulação. Os modelos IBIS-AMI vêm em 3 variedades principais, geralmente chamados de modelos estatísticos (somente Init), Time-Domain (somente GetWave) e Dual (ambos Init e Getwave). Isso significa que os fluxos de análise variarão entre diferentes combinações de modelos, porque os fluxos de análise são orientados pelos tipos de modelo usados na simulação. Usar modelos IBIS-AMI de forma eficaz requer a compreensão dos diferentes tipos de modelos e sua aplicação adequada; normalmente uma tarefa para especialistas em simulação dedicados. Por esse motivo, é recomendável adiar a simulação de IBIS-AMI com uso intensivo de experiência, usando primeiro a Análise de Conformidade para identificar e resolver o maior número possível de problemas. Um benefício adicional é que os modelos de canais construídos para a Análise de Conformidade podem ser reutilizados diretamente para a simulação IBIS-AMI, portanto, todo o trabalho detalhado de modelagem de canais já está concluído!

Person in black shirt standing against white wall with black border, holding a dark object.
Visão geral

Equalização de canais SERDES para interfaces seriais

Os novos protocolos SerDes padrão do setor, como PCIe Gen6, USB4 e os padrões Ethernet 100G por pista e OIF/CEI, oferecem vários desafios exclusivos para projetistas de PCB. Embora as velocidades estejam aproximadamente dobrando a cada geração, o material dielétrico usado permanece o mesmo em todas as gerações. Para compensar o aumento da perda em taxas de dados mais altas, técnicas complexas de equalização são empregadas.

Publicação técnica da SERDES: série Signal Integrity

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