HyperLynx Hybrid Solver

O HyperLynx Hybrid Solver é um solucionador de decomposição concebido para criar modelos electromagnéticos para estruturas eletrónicas em camadas como PCBs e cabos flexíveis. Está fortemente integrado com o HyperLynx Signal e Power Integrity para fornecer fluxos de trabalho precisos e automatizados de análise do sistema.

Recursos HyperLynx

Aplicações de solucionador híbrido

O solucionador HyperLynx Hybrid decompõe um design em traços, planos e vias criando um modelo para cada secção e depois resolvendo o comportamento geral usando uma variedade de métodos de solver diferentes. Assume que a estrutura é plana (ou no caso dos cabos, uma secção transversal) tal que estas técnicas analíticas são válidas. Os solucionadores híbridos consomem menos computação e memória do que a resolução de ondas completas e podem modelar estruturas maiores como resultado. Onde o método “cortar e costurar” é usado para modelar caminhos de sinal com um solucionador de onda completa, 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, onde a captura dos efeitos da partilha de corrente do caminho de retorno e do ruído de comutação simultânea (SSN) são importantes. Também é ideal para integridade de energia CA de placa completa, modelagem de capacitores de desacoplamento e fornecimento de energia para pinos IC. O solucionador híbrido é especialmente adequado para a integridade de energia porque modela planos de potência parciais e efeitos de franjas associados.

Análise do caminho de retorno

Integridade do sinal sensível à energia

A integridade do sinal tradicional pressupõe que os sinais têm caminhos de retorno ideais; sempre existindo sobre um plano de referência, sem descontinuidade de referência ao alternar as camadas do plano de 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 num plano de referência devem encontrar um caminho elétrico contínuo para outro, o que normalmente 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 através de um fenómeno conhecido como partilha de corrente de retorno. Da mesma forma, o trilho de alimentação num buffer de saída não é o ideal e a tensão do condutor pode cair se muitas saídas mudarem simultaneamente na mesma direção. A quantidade de queda de tensão é determinada pela taxa de borda de saída, a força do condutor, um efeito de comutação conhecido como corrente do pé de cabra e a quantidade de desacoplamento capacitivo de alta frequência que serve essa área da matriz. A queda do trilho de potência de saída reduz a potência disponível para o driver de saída, suavizando e diminuindo a taxa de borda de saída. Este fenómeno é conhecido como Ruído de Comutação Simultânea, ou SSN. SSN reduz as margens de funcionamento do sinal e, em casos graves, pode fechar o olho disponível na entrada do receptor.

A utilização de um caminho de retorno de sinal ideal permite uma modelagem rápida mas negligencia os efeitos do traço sobre a divisão, partilha do caminho de retorno devido a vias de costura inadequadas, acoplamento entre vias de sinal e sinal via diafonia através da cavidade de potência. A inclusão destes efeitos fornece uma estimativa mais realista da margem operacional ao custo de mais tempo de computação de modelagem e simulação. Incluir estes efeitos só irá reduzir a margem de design, não aumentá-la. Faz sentido executar análises com caminhos de retorno idealizados primeiro - porque se o design não passar no caso ideal, não passará num caso mais realista.

Usar a energia IC ideal negligencia os efeitos do SSN, enquanto incluir um modelo preciso das características de fornecimento de energia da placa aos pinos IC permite que esses efeitos sejam quantificados. Esta análise requer um modelo IBIS com capacidade para o IC e retarda o processo de simulação. Pelas mesmas razões de antes, esses efeitos só devem ser considerados quando um projeto passa a análise com o poder 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 de traços de sinal e a Rede de Entrega de Energia (PDN) da placa. O solucionador HyperLynx Hybrid pode criar estes modelos de interconexão combinados diretamente do BoardSIM - o utilizador especifica os sinais e frequências de interesse, e o solucionador híbrido cria um modelo de parâmetro S pronto para inclusão direta em simulações BoardSIM.

Integridade de energia a 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. Modelar o fornecimento de energia com precisão requer modelar corretamente esses planos parciais juntamente com capacitores de desacoplamento e parasitas de componentes associados, e as indutâncias de loop da estrutura de fanout de cada capacitor. A localização dos aviões elétricos e terrestres dentro do empilhamento, bem como a localização do capacitor e o ventilador têm um grande efeito na característica de impedância da Rede de Entrega de Energia (PDN), tal como visto pelos diferentes CIs.

Os componentes consomem energia numa ampla gama de frequências, desde DC até às suas velocidades de comutação internas (normalmente nos GHz). Simplesmente fornecer muita energia em DC não é suficiente, porque quando um circuito de alta velocidade muda, cria uma procura instantânea de energia para suportar o evento de comutação. Como as ondas EM viajam a uma velocidade finita, não há tempo para a procura de energia adicional fluir para o VRM e voltar - tem de haver um reservatório local de carga (um capacitor) que possa ser aproveitado. Esse é o papel que os capacitores de dissociação desempenham nas Redes de Entrega 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 IC. No meio, há uma variedade de capacitores na placa que variam de dispositivos a granel a pequenos como 0204s, capacitores opcionais no pacote IC e estruturas capacitivas que fazem parte do layout IC. Cada grupo de serviços de capacitores exige energia em frequências sucessivamente mais altas, com os capacitores de frequência mais alta estando na própria matriz.

A indutância é o principal fator limitante para os capacitores de dissociação, porque limita as frequências que um determinado capacitor pode atender. Assim, o valor do capacitor, a colocação e o ventilador 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 eficazmente 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 conseguiria passar pelo pacote do PC até a matriz. O pacote e o pacote IC devem levar a carga adiante 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 5-25 kHz) e terminam na frequência de corte de energia para o pacote IC (normalmente 25-100 MHz). A frequência de corte para o pacote IC diminui normalmente à medida que os pacotes ficam maiores, porque a indutância da embalagem aumenta e o pacote, portanto, tem de carregar mais da carga de alta frequência.

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

Quando um PCB tem camadas simples de plano de força onde um plano inteiro é aterrado ou uma única fonte de alimentação, podem ser aplicados métodos de análise CA rápidos - mas poucos PCBs modernos são feitos dessa forma. Quando os aviões elétricos e terrestres se tornam irregulares, é necessária uma modelagem mais detalhada para captar o seu comportamento. O solucionador HyperLynx Hybrid pode captar com precisão o comportamento de aviões elétricos e terrestres de formato arbitrário, incluindo o uso de traços longos e largos para fornecer energia a componentes individuais. O solucionador híbrido está perfeitamente integrado no fluxo de trabalho de desacoplamento avançado, portanto, uma vez que o utilizador identifica a fonte de tensão a ser analisada e a configura, o solucionador híbrido faz o resto.

Integração HyperLynx e facilidade de utilização

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

Dentro do fluxo de trabalho com detecção de energia HL-SI DDR SI, o solucionador híbrido é utilizado para criar um modelo de sistema que inclui os sinais DDR de alta velocidade, juntamente com o PDN e as suas interações. Este modelo é utilizado para examinar os efeitos tanto dos caminhos de retorno não ideais como do ruído de comutação simultânea.

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, capacitores de desacoplamento e os pinos IC onde a impedância PDN deve ser analisada.

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

Scripting & automação

A Análise de Integridade de Sinal e Energia são processos complexos de várias etapas, onde a alteração de uma única opção pode afetar significativamente o resultado final. Como estas simulações são muitas vezes demoradas, de computação e de memória intensas, garantir que as simulações sejam configuradas corretamente e executadas de forma consistente é fundamental. Sem a capacidade de garantir que as simulações são realizadas de forma consistente e precisa, perde-se muito tempo ajustando e resimulando.

HyperLynx Advanced Solvers podem ser executados tanto de forma interativa como através 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 através da automação para garantir que a análise seja sempre executada da mesma maneira, reporta as mesmas métricas e produz os mesmos modelos de saída. Um ambiente de scripting de linha de comando interativo está disponível diretamente com os solucionadores para que os utilizadores possam desenvolver e testar os seus scripts de automação.

A automação do HyperLynx Advanced Solver faz parte de uma estrutura de scripting mais ampla para toda a família HyperLynx, que permite a criação de fluxos automatizados de análise multi-ferramenta. Esta estrutura de scripts orientada a objetos inclui fluxos predefinidos para integridade de energia, integridade de sinal e análise de conformidade de link serial que permitem aos utilizadores executar análises complexas com apenas algumas linhas de código personalizado.