HyperLynx Hybrid Solver

HyperLynx Hybrid Solver — это декомпозиционный решатель, предназначенный для создания электромагнитных моделей многослойных электронных структур, таких как печатные платы и гибкие кабели. Оно тесно интегрировано с HyperLynx Signal и Power Integrity для обеспечения точных автоматизированных рабочих процессов анализа системы.

Ресурсы HyperLynx

Приложения гибридных решателей

Решатель HyperLynx Hybrid разбивает проект на трассы, плоскости и переходные отверстия, создавая модель для каждого раздела, а затем определяя общее поведение с помощью различных методов расчета. Предполагается, что конструкция плоская (или, в случае кабелей, поперечное сечение), поэтому эти аналитические методы применимы. Гибридные решатели требуют меньше вычислительных ресурсов и памяти, чем двухволновое решение, и в результате могут моделировать более крупные структуры. Если метод «вырезания и сшивания» используется для моделирования трактов сигналов с помощью полноволнового решателя, гибридный решатель моделирует весь путь сигнала и выполняет декомпозицию в решателе.

Решатель HyperLynx Hybrid идеально подходит для анализа с учетом энергопотребления целых интерфейсов DDR, где важно фиксировать эффекты распределения тока в обратном тракте и шума одновременной коммутации (SSN). Он также идеально подходит для обеспечения целостности питания переменного тока на всей плате, моделирования разъединяющих конденсаторов и подачи питания на выводы микросхемы. Гибридный решатель особенно хорошо подходит для обеспечения целостности питания, поскольку он моделирует плоскости частичного питания и связанные с ними эффекты бахромы.

Анализ обратного пути

Целостность сигнала с учетом энергопотребления

Традиционная целостность сигналов предполагает, что сигналы имеют идеальные обратные пути; они всегда существуют в опорной плоскости без разрывов опорной плоскости при переключении слоев плоскости сигнала. Также традиционно предполагается, что идеальная мощность подается на выходные буферы устройства.

В реальном мире обратные токи, протекающие по одной опорной плоскости, должны непрерывно направляться в другую, что обычно связано с прокладкой близлежащих переходных отверстий. Любое отклонение обратного тока создает дополнительную индуктивность, которая влияет на поведение сигнала и может привести к взаимосвязи между сигналами в результате явления, известного как совместное использование обратного тока. Точно так же шина питания на выходном буфере не идеальна, и напряжение драйвера может упасть, если несколько выходов одновременно переключаются в одном направлении. Величина падения напряжения определяется частотой выходного напряжения, мощностью драйвера, эффектом переключения, известным как ток лома, и величиной высокочастотной емкостной развязки, обслуживающей эту область матрицы. Падение выходной шины питания снижает мощность выходного драйвера, снижая и замедляя выходную частоту. Это явление известно как шум одновременного переключения или SSN. SSN снижает эксплуатационные пределы сигнала и в тяжелых случаях может закрыть глаза на входе приемника.

Использование идеального тракта возврата сигнала позволяет быстро моделировать, но при этом не учитывается влияние трассировки на расщепление, совместного использования обратного тракта из-за недостаточных переходных отверстий, связи между сигнальными переходными отверстиями и сигналом, возникающим в результате перекрестных помех через силовую полость. Включение этих эффектов обеспечивает более реалистичную оценку операционной рентабельности за счет увеличения времени моделирования и вычислений. Включение этих эффектов только снизит, а не увеличит проектный запас. Имеет смысл сначала провести анализ с идеализированными путями возврата, потому что, если проект не сработает в идеальном случае, то и в более реалистичном варианте не получится.

При использовании идеальной мощности микросхемы игнорируются эффекты SSN, а точная модель характеристик подачи питания системной платы на контакты микросхемы позволяет количественно оценить эти эффекты. Для этого анализа требуется модель IBIS с учетом энергопотребления для микросхемы, и процесс моделирования замедляется. По тем же причинам, что и раньше, эти эффекты следует учитывать только после того, как проект проходит анализ с идеальной мощностью.

Для правильного моделирования и моделирования эффектов неидеальных обратных путей и SSN требуется точная модель межсоединений, включающая комбинированное поведение трасс сигналов и сети Power-Delivery Network (PDN) платы. Решатель HyperLynx Hybrid может создавать эти комбинированные модели межсоединений непосредственно из BoardSim — пользователь указывает интересующие сигналы и частоты, а гибридный решатель создает модель S-параметров, готовую для непосредственного включения в моделирование BoardSIM.

Целостность питания на уровне печатной платы

Современные печатные платы имеют несколько источников питания, некоторые из которых являются лишь частичными плоскостями на определенных слоях платы. Для точного моделирования источника питания необходимо правильно смоделировать эти частичные плоскости вместе с развязывающими конденсаторами и связанными с ними паразитами компонентов, а также контурными индуктивностями разветвителя каждого конденсатора. Расположение плоскостей питания и заземления в блоке, а также расположение конденсатора и разветвителя оказывают большое влияние на характеристику импеданса сети электропитания (PDN), которую видят различные микросхемы.

Компоненты потребляют энергию в широком диапазоне частот, от постоянного тока до внутренних скоростей переключения (обычно в ГГц). Недостаточно просто обеспечить большую мощность постоянного тока, потому что при переключении высокоскоростной цепи возникает мгновенная потребность в энергии для поддержки события переключения. Поскольку электромагнитные волны распространяются с конечной скоростью, потребность в дополнительной энергии не успевает поступать в VRM и обратно — необходим локальный резервуар заряда (конденсатор), который можно использовать. Такую роль играют развязывающие конденсаторы в сетях электропитания.

На практике PDN представляет собой распределенную иерархию конденсаторов, которая начинается с регулятора напряжения (VRM) и заканчивается конденсаторами на самом кристалле микросхемы. Между тем на плате имеется множество конденсаторов, от объемных до небольших устройств, таких как 0204s, дополнительные конденсаторы в корпусе микросхемы и емкостные структуры, входящие в компоновку микросхемы. Каждая группа конденсаторов удовлетворяет потребности в питании на последовательно более высоких частотах, причем конденсаторы с самой высокой частотой находятся на самом кристалле.

Индуктивность является основным ограничивающим фактором для развязки конденсаторов, поскольку она ограничивает частоты, которые может обслуживать данный конденсатор. Таким образом, мощность конденсатора, его расположение и разводка являются важными характеристиками высокочастотных конденсаторов на печатных платах и корпусах. Индуктивность, связанная с питанием и выводами заземления корпуса микросхемы, эффективно фильтрует мощность, подаваемую на микросхему; по истечении определенного момента не имеет значения, может ли печатная плата подавать высокочастотное питание или нет, потому что она не пройдет через корпус ПК к матрице. Пакет и пакет микросхемы должны переносить груз вперед с этой точки.

В результате целостность питания переменного тока на уровне платы обычно зависит от частот, которые начинаются с верхнего предела VRM (обычно 5-25 кГц) и заканчиваются частотой отключения питания корпуса микросхемы (обычно 25-100 МГц). Частота среза для пакета микросхем обычно уменьшается по мере увеличения размера пакетов, поскольку индуктивность корпуса увеличивается, и поэтому пакет должен выдерживать большую высокочастотную нагрузку.

При анализе PDN на печатной плате крайне важно смоделировать развязывающие конденсаторы и присущие им паразитные индуктивности и сопротивления, детали разводки конденсатора, а также расположение и значения конденсаторов. Импеданс PDN измеряется на разных выводах микросхемы для определения профиля PDN, наблюдаемого на каждой микросхеме.

Когда печатная плата состоит из простых слоев силовых плоскостей, где вся плоскость заземлена или один источник питания, можно применять методы быстрого анализа переменного тока, но таких современных печатных плат мало. Когда силовые и наземные плоскости становятся нерегулярными, необходимо более детальное моделирование, позволяющее зафиксировать их поведение. Решатель HyperLynx Hybrid может точно фиксировать поведение силовых и наземных плоскостей произвольной формы, включая использование длинных и широких трасс для подачи питания на отдельные компоненты. Гибридный решатель легко интегрирован в рабочий процесс Advanced Decoupling, поэтому, как только пользователь определит источник напряжения, подлежащий анализу, и настроит его, гибридный решатель сделает все остальное.

Интеграция HyperLynx и простота использования

Гибридный решатель HyperLynx является тесно интегрированной частью рабочих процессов обеспечения целостности сигналов и питания. В рамках этих рабочих процессов автоматизированные мастера анализа шаг за шагом помогают пользователям выполнить процессы настройки и анализа. Пользователи с помощью мастеров отвечают на вопросы на каждой странице, а HyperLynx сделает все остальное!

В рабочем процессе HL-SI DDR SI с учетом энергопотребления гибридный решатель используется для создания модели системы, включающей высокоскоростные сигналы DDR, PDN и их взаимодействия. Эта модель используется для изучения влияния как неидеальных обратных путей, так и шума при одновременном переключении.

В рамках усовершенствованного рабочего процесса развязки HL-PI гибридный решатель используется для создания модели печатной платы, включающей VRM, PDN на уровне платы, разделительные конденсаторы и выводы микросхемы, на которых необходимо проанализировать импеданс PDN.

В каждом случае характеристики на уровне платы автоматически извлекаются и используются для создания готовых к запуску проектов для решателя, которые затем решаются и обрабатываются для создания эффективных, точных, пассивных, причинных моделей S-параметров, которые затем включаются в моделирование на системном уровне. Модели с S-параметрами, выведенные гибридным решателем, документируют анализ и сведения о подключении каждого порта, чтобы обеспечить надлежащее подключение при составлении полного списка соединений системы.

Написание сценариев и автоматизация

Анализ целостности сигналов и питания — это сложный многоэтапный процесс, в котором изменение одного варианта может существенно повлиять на конечный результат. Поскольку такое моделирование часто занимает много времени, требует больших вычислительных ресурсов и памяти, крайне важно обеспечить правильную настройку и стабильное выполнение моделирования. Без возможности обеспечить последовательное и точное моделирование тратится много времени на настройку и ремоделирование.

HyperLynx Advanced Solvers можно запускать как в интерактивном режиме, так и с помощью автоматизации на основе Python. Это позволяет изначально настраивать, анализировать и отлаживать проекты с помощью интерактивного анализа для определения оптимальных настроек моделирования. Затем, по мере повторного проектирования, эти настройки можно повторно использовать с помощью автоматизации, чтобы обеспечить неизменное выполнение анализа, составление отчетов по одним и тем же показателям и создание одинаковых моделей вывода. Интерактивная среда сценариев с командной строкой доступна непосредственно в решателях, поэтому пользователи могут разрабатывать и тестировать свои сценарии автоматизации.

Автоматизация HyperLynx Advanced Solver является частью более широкой среды сценариев для всего семейства HyperLynx, которая позволяет создавать автоматизированные потоки анализа с использованием нескольких инструментов. Эта объектно-ориентированная среда сценариев включает в себя заранее определенные процессы анализа целостности питания, целостности сигналов и соответствия последовательным каналам связи, которые позволяют пользователям выполнять комплексный анализ, используя всего несколько строк настраиваемого кода.