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串行信道验证

HyperLynx 串行信道设计与验证

HyperLynx 对高速串行链路执行基于标准的互连合规性分析和基于供应商模型的 IBIS-AMI 仿真。系统级自动布线后分析包括使用集成的 3D 电磁建模进行全面的拓扑提取,性能可扩展。

使用数字电路元件和数据流连接实现技术串行信道设计可视化。

最广泛的标准支持

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

HyperLynx 支持超过 250 种不同的协议和变体 以太网光纤通道HDMI杰斯MIPI D-PHYOIF-CEIPCI-eUSB 家庭。

串行链路必须符合相关标准规范文档中的要求。这些规范列出了发射器 (Tx) 设备和 IC 封装、引脚对引脚系统级互连以及接收器 (Rx) 设备和 IC 封装的要求。这些文档很长(通常有数百页),内容详尽。完全了解一个标准是一项艰巨的任务,但有几十种标准,有数百种变体。

西门子专家研究了每种标准,以创建仿真设置,配置HyperLynx以执行正确的分析流程并报告与每个标准协议相关的指标。

每种分析类型均通过内置配置文件指定,该文件可自动为合规分析和 IBIS-AMI 仿真设置信道速度、调制、刺激编码、分析流程和指标报告。可以使用内置编辑器复制和修改这些配置文件,还可以在可用时添加新的配置。HyperLynx 还包括一组 “通用” 设置,这些设置对于快速假设分析和支持新协议的原型设计非常有用。

集成的 3D 电磁建模

BGA 和连接器分路、过孔过渡和阻塞电容器的全波 3D 电磁建模对于精确分析速度超过 5 GT/s 的串行链路至关重要。如果没有针对这些区域的精确三维 EM 模型,就无法准确确定系统级裕量。

完整的端到端信道模型由各种不同的元素构成,这些元素通常包括供应商提供的 S 参数文件(IC 封装和连接器)、包括表面粗糙度效应的跟踪模型以及来自 3D 电磁求解器的 S 参数文件,用于表示 PCB 突破、过孔和阻塞电容器结构。将布线划分为多个部分,然后从关联模型中构建完整轨迹模型的过程称为剪切和缝合建模。为各个部分指定模型时,必须确保它们能够在不引入错误的情况下级联在一起,这一点至关重要。HyperLynx 自动执行此过程,为串行链路生成完整的拓扑模型。信道模型是根据所分析协议的知识创建的,因此它符合模型分辨率和带宽的协议要求。

在提取串行链路的拓扑模型时,HyperLynx 首先使用嵌入式 DRC 引擎来识别需要三维电磁建模的区域。确定包含信号及其返回路径的区域,然后创建相应的 3D EM 解算器项目。这种分析是在所有被分析的通道上进行的,并对三维区域进行比较,这样任何相同的区域都不会被求解两次。然后自动求解生成的区域,并创建完整的信道端到端模型以进行仿真和结果处理。HyperLynx 使整个过程实现自动化——设计人员指定感兴趣的信号和识别侵略信号的标准——剩下的就交给 HyperLynx 了。该过程提供的全信道建模精度可与在三维解算器中对整个通道进行建模相媲美,而计算和内存成本只是其一小部分。

Sleek HyperLynx technology logo with dynamic lines representing scalable digital performance

对于具有数百个通道和数千个区域的大型设计,HyperLynx通过局域网并行运行解算器来扩展三维求解器性能,要么利用客户现场已经安装的负载管理设施,要么使用自己的内部任务分配工具。

卓越的标准合规性分析

协议合规性分析检查设计中的引脚到引脚系统级互连,以确保其符合适用协议标准的要求。它利用了作为标准本身一部分发布的系统互连要求。Compliance Analysis 特别有用,因为大多数系统设计人员使用现成的 IC;他们既不创建自己使用的集成电路,也不创建相关的集成电路封装。Compliance Analysis 侧重于系统设计人员实际创建的内容:系统主板。到目前为止,大多数系统设计人员验证其工作的唯一方法是使用供应商提供的组件 (IBIS-AMI) 模型进行链路模拟。这增加了复杂性,因为IBIS-AMI模型通常很难获得和验证,而且设置仿真和解释结果的过程通常因模型而异。

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

串行链路标准规定了可通过分析验证的系统互连的详细要求。由于系统设计人员通常负责设计使用现成组件的 PCB 互连,因此自行分析和优化系统互连的设计是有意义的。这正是HyperLynx Compliance Analysis所做的。合规性分析在供应商(IBIS-AMI)模型不可用时起作用,因此可以随时在设计上运行。无论使用哪个供应商的组件,HyperLynx Compliance 分析流程都是相同的,这意味着只需学习一次即可用于不同的设计和组件供应商,而不必每次都更改。HyperLynx的流程在多个协议中甚至是恒定的,与其他基于标准的技术不同,后者在协议之间使用不同的工具和分析方法。

HyperLynx 合规分析会生成一份全面的 HTML 报告,该报告显示了渠道特征与时间和频率要求的比较情况。显示了使用 “规格” Tx 和 Rx 的信道运行裕量,以及用于执行分析的自动确定的最佳均衡器设置。该报告包含大量详细数据,这些数据可用于确定如何改进渠道设计。

与使用供应商的IBIS-AMI模型进行仿真相比,合规性分析更快、更易于运行。如果 Compliance Analysis 显示设计将适用于基于规格的 Tx 和 Rx 设备,并且实际组件供应商的设备达到或超过标准,则整个系统有望正常运行。仍建议将IBIS-AMI分析用于设计签核,但是在投入时间和精力进行全面的IBIS-AMI仿真之前,Compliance Analysis是筛选和调试设计的理想方式。

IBIS-AMI 模拟

使用供应商提供的 (IBIS-AMI) 模型进行仿真是最准确的串行链路分析形式,因为它对串行链路中将用于Tx和Rx的实际设备和均衡能力进行建模。当实际IC超过标准要求时,这些行为将反映在链路营业利润率的增加上。由于 IBIS-AMI 模型反映了物理设备的实际均衡能力和设置,因此仿真可用于确定应在系统级别实现的均衡设置。

但是,这种提高的准确性是有代价的,即获取和验证要使用的IBIS-AMI模型所需的精力,以及配置仿真和解释仿真结果所需的额外精力。IBIS-AMI模型主要分为三种,通常称为统计(仅限初始化)、时域(仅限GetWave)和双重模型(包括初始和Getwave)模型。这意味着分析流将在模型的不同组合之间有所不同,因为分析流由仿真中使用的模型类型驱动。有效使用 IBIS-AMI 模型需要了解不同的模型类型及其正确应用;这通常是专门的仿真专家的任务。因此,建议推迟专业密集型的 IBIS-AMI 模拟,首先使用 Compliance Analysis 来识别和解决尽可能多的问题。另一个好处是,为Compliance Analysis构建的信道模型可以直接重复用于IBIS-AMI仿真,因此所有详细的信道建模工作都已经完成!

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

串行接口的 SERDES 信道均衡

较新的行业标准SerDes协议,例如PCIe Gen6、USB4以及每通道100G以太网和OIF/CEI标准,为印刷电路板设计人员带来了几项独特的挑战。虽然每代的速度大约翻了一番,但所使用的介电材料在几代人之间保持不变。为了补偿更高数据速率下增加的损失,采用了复杂的均衡技术。

SERDES 白皮书宣传片《信号完整性》系列

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