HyperLynx Hybrid Solver

HyperLynx Hybrid Solver är en sönderdelningslösare utformad för att skapa elektromagnetiska modeller för skiktade elektroniska strukturer som PCB och flexibla kablar. Den är tätt integrerad med HyperLynx Signal och Power Integrity för att ge exakta, automatiserade arbetsflöden för systemanalys.

Resurser för HyperLynx

Hybridlösningsapplikationer

HyperLynx Hybrid-lösaren sönderdelar en design i spår, plan och vias genom att skapa en modell för varje sektion och sedan lösa det övergripande beteendet med hjälp av en mängd olika lösningsmetoder. Det förutsätter att strukturen är plan (eller i fallet med kablar, ett tvärsnitt) så att dessa analytiska tekniker är giltiga. Hybridlösare är mindre beräknings- och minnesintensiva än helvågslösning och kan modellera större strukturer som ett resultat. Där metoden ”cut and stitch” används för att modellera signalvägar med en fullvågslösare, modellerar en hybridlösare hela signalvägen och utför nedbrytningen i lösaren.

HyperLynx Hybrid-lösaren är idealisk för att utföra effektmedveten analys av hela DDR-gränssnitt, där det är viktigt att fånga effekterna av strömdelning av returväg och SSN (Simultaneous Switching Noise). Den är också idealisk för helkorts växelströmsintegritet, modellering av frikopplingskondensatorer och strömleverans till IC-stift. Hybridlösaren är särskilt väl lämpad för kraftintegritet eftersom den modellerar partiella kraftplan och tillhörande fransningseffekter.

Analys av returväg

Strömmedveten signalintegritet

Traditionell signalintegritet förutsätter att signaler har idealiska returvägar; alltid existerande över ett referensplan, utan referensdiskontinuitet vid byte av signalplanlager. Det antas också traditionellt att ideal effekt levereras till enhetens utgångsbuffertar.

I den verkliga världen måste returströmmar som flyter på ett referensplan hitta en kontinuerlig elektrisk väg till en annan, vilket vanligtvis innebär närliggande sömnadsvior. Varje avledning av returströmmen skapar ytterligare induktans som påverkar signalbeteendet och kan resultera i koppling mellan signaler genom ett fenomen som kallas returströmdelning. På samma sätt är kraftskenan vid en utgångsbuffert inte idealisk, och förarspänningen kan sjunka om många utgångar växlar samtidigt i samma riktning. Mängden spänningsfall bestäms av utgångskanthastigheten, förarstyrkan, en kopplingseffekt som kallas kofot ström och mängden högfrekvent kapacitiv frikoppling som betjänar det området av matrisen. Utgångseffektskenan minskar effekten som är tillgänglig för utgångsdrivrutinen, mjukar upp och bromsar utgångskanthastigheten. Detta fenomen är känt som Simultaneous Switching Noise, eller SSN. SSN minskar signalens driftsmarginaler och kan i svåra fall stänga det tillgängliga ögat vid mottagarens ingång.

Att använda en idealisk signalreturväg möjliggör snabb modellering men försummar effekterna av spårning över split, delning av returvägar på grund av otillräckliga sömnadsvior, koppling mellan signalvias och signal via överhörning genom krafthålan. Att inkludera dessa effekter ger en mer realistisk uppskattning av rörelsemarginalen på bekostnad av mer modellering och simuleringsberäkningstid. Att inkludera dessa effekter kommer bara att minska designmarginalen, inte öka den. Det är vettigt att köra analys med idealiserade returvägar först - för om designen inte passerar i det ideala fallet kommer den inte att passera i en mer realistisk.

Att använda idealisk IC-effekt försummar effekterna av SSN, medan inkludering av en exakt modell av kortets kraftleveransegenskaper till IC-stiften gör att dessa effekter kan kvantifieras. Denna analys kräver en effektmedveten IBIS-modell för IC och saktar simuleringsprocessen. Av samma skäl som tidigare bör dessa effekter endast beaktas när en design klarar analys med idealisk effekt.

Korrekt modellering och simulering av effekterna av icke-ideala returvägar och SSN kräver en exakt sammankopplingsmodell som inkluderar det kombinerade beteendet hos signalspår och kortets Power-Delivery Network (PDN). HyperLynx Hybrid-lösaren kan skapa dessa kombinerade sammankopplingsmodeller direkt från BoardSim - användaren anger signaler och frekvenser av intresse, och hybridlösaren skapar en S-parametermodell redo för direkt inkludering i BoardSIM-simuleringar.

Effektintegritet på kretskortsnivå

Moderna kretskort har flera strömförsörjningar, varav några bara är partiella plan på vissa lager av kortet. Modellering av kraftleverans exakt kräver korrekt modellering av dessa partiella plan tillsammans med frikopplingskondensatorer och tillhörande komponentparasiter, och slinginduktanserna för varje kondensators fläktstruktur. Placeringen av kraft- och jordplan inom stackupen, såväl som kondensatorplacering och fläktning har en stor effekt på impedanskarakteristiken för Power Delivery Network (PDN) sett av de olika IC: erna.

Komponenter förbrukar ström vid ett brett spektrum av frekvenser, från DC upp till deras interna omkopplingshastigheter (vanligtvis i GHz). Att helt enkelt tillhandahålla mycket ström vid DC räcker inte, för när en höghastighetskrets växlar skapar det en omedelbar efterfrågan på ström för att stödja omkopplingshändelsen. Eftersom EM-vågor färdas med ändlig hastighet finns det inte tid för behovet av ytterligare kraft att strömma till VRM och tillbaka - det måste finnas en lokal laddningsreservoar (en kondensator) som kan tappas. Det är den roll som frikopplingskondensatorer spelar i Power Delivery Networks.

I praktiken är PDN en distribuerad hierarki av kondensatorer som börjar med spänningsregulatorn (VRM) och slutar med kondensatorer på själva IC-matrisen. Däremellan finns det en mängd olika kondensatorer på kortet som sträcker sig från bulk till små enheter som 0204, valfria kondensatorer på IC-paketet och kapacitiva strukturer som ingår i IC-layouten. Varje grupp kondensatorer servar krav på effekt vid successivt högre frekvenser, med de högsta frekvenskondensatorerna på själva matrisen.

Induktans är den primära begränsningsfaktorn för avkoppling av kondensatorer, eftersom det begränsar frekvenserna som en given kondensator kan betjäna. Således är kondensatorvärde, placering och fläktning kritiska funktioner för högfrekventa kretskort och paketkondensatorer. Induktansen associerad med IC-paketets kraft- och jordstift filtrerar effektivt kraften som levereras till IC; bortom en viss punkt spelar det ingen roll om kretskortet kan leverera högfrekvent ström eller inte, eftersom det inte skulle ta sig genom PC-paketet till matrisen. Paketet och IC-paketet måste bära lasten framåt från den punkten.

Som ett resultat handlar växelströmsintegriteten på kortnivå vanligtvis med frekvenser som börjar vid VRM: s övre gräns (vanligtvis 5-25 kHz) och slutar vid strömavstängningsfrekvensen för IC-paketet (vanligtvis 25-100 MHz). Gränsfrekvensen för IC-paketet minskar vanligtvis när paketen blir större, eftersom paketinduktansen ökar och paketet därför måste bära mer av högfrekvensbelastningen.

När man analyserar en PCB PDN är det kritiskt viktigt att modellera frikopplingskondensatorerna och deras inneboende parasitiska induktanser och motstånd, detaljerna i kondensatorfläkten och kondensatorns platser och värden. Impedansen för PDN undersöks vid olika IC-stift för att bestämma PDN-profilen som ses vid varje IC.

När ett kretskort har enkla kraftplanskikt där ett helt plan är jordat eller en enda strömförsörjning, kan snabba AC-analysmetoder tillämpas - men få moderna kretskort görs på det sättet. När kraft- och markplanen blir oregelbundna behövs mer detaljerad modellering för att fånga deras beteende. HyperLynx Hybrid-lösaren kan exakt fånga beteendet hos godtyckligt formade kraft- och markplan, inklusive användning av långa, breda spår för att leverera ström till enskilda komponenter. Hybridlösaren är sömlöst integrerad i arbetsflödet Advanced Decoupling, så när användaren identifierar spänningsförsörjningen som ska analyseras och ställer in den, gör hybridlösaren resten.

HyperLynx-integration och användarvänlighet

HyperLynx hybridlösare fungerar som en tätt integrerad del av arbetsflöden för signal- och energiintegritet. Inom dessa arbetsflöden guidar automatiserade analysguider användare genom installations- och analysprocesserna steg för steg. Användare går igenom guiderna och svarar på frågorna på varje sida, och HyperLynx gör resten!

Inom HL-SI DDR SI-strömmedvetna arbetsflöde används hybridlösaren för att skapa en systemmodell som inkluderar höghastighets DDR-signaler, tillsammans med PDN och deras interaktioner. Denna modell används för att undersöka effekterna av både icke-ideala returvägar och samtidigt kopplingsbrus.

Inom HL-PI:s avancerade frikopplingsarbetsflöde används hybridlösaren för att skapa en modell av kretskortet som inkluderar VRM, PDN på kortnivå, frikopplingskondensatorer och IC-stiften där PDN-impedansen ska analyseras.

I varje fall extraheras kortnivåegenskaper automatiskt och används för att skapa färdiga projekt för lösaren, som löses och efterbearbetas för att producera effektiva, exakta, passiva, kausala S-parametermodeller som sedan införlivas i simuleringar på systemnivå. S-parametermodellerna som matas ut av hybridlösaren dokumenterar analys- och anslutningsinformationen för varje port för att säkerställa korrekt anslutning när hela systemnätlistan är konstruerad.

Skript och automatisering

Signal- och effektintegritetsanalys är komplexa flerstegsprocesser, där ändring av ett enda alternativ kan påverka slutresultatet avsevärt. Eftersom dessa simuleringar ofta är långa, beräknings- och minnesintensiva är det viktigt att se till att simuleringar ställs in korrekt och utförs konsekvent. Utan förmågan att säkerställa att simuleringar utförs konsekvent och exakt går mycket tid förlorad vid justering och återanpassning.

HyperLynx Advanced Solvers kan köras både interaktivt och genom Python-baserad automatisering. Detta gör att konstruktioner initialt kan ställas in, analyseras och felsökas med hjälp av interaktiv analys för att bestämma optimala simuleringsinställningar. Sedan, när designen upprepas, dessa inställningar kan återanvändas genom automatisering för att säkerställa att analysen alltid körs på samma sätt, rapporterar om samma mätvärden och producerar samma utdatamodeller. En interaktiv, kommandoradsskriptmiljö är tillgänglig direkt med lösarna så att användare kan utveckla och testa sina automatiseringsskript.

HyperLynx Advanced Solver-automatisering är en del av ett bredare skriptramverk för hela HyperLynx-familjen, som gör det möjligt att skapa automatiserade analysflöden för flera verktyg. Detta objektorienterade skriptramverk innehåller fördefinierade flöden för strömintegritet, signalintegritet och analys av överensstämmelse med seriell länk som gör det möjligt för användare att köra komplexa analyser med bara några rader anpassad kod.