SI Analyzer by Keysight

Immer mehr moderne elektronische Geräte enthalten Hochgeschwindigkeits-PCB-Designs, und die Signalgeschwindigkeiten steigen mit der Weiterentwicklung der Technologien an (17 GHz bei DDR6, 400 Gbit/s bei QSFP++ usw.). Die Sicherstellung der Signalintegrität (SI) ist ein entscheidender Schritt beim Hochgeschwindigkeitsdesign. Werden die Anforderungen des Schnittstellenentwicklers nicht erfüllt, führt dies mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Problemen in späteren Designphasen, bei der Fertigung und bei der Leistung.

Um eine Signalintegritätsanalyse direkt in der Altium Designer-Umgebung durchzuführen, steht die SI Analyzer by Keysight Lösung zur Verfügung. Als Software-Erweiterung bereitgestellt, integriert sich der SI Analyzer by Keysight direkt in Altium Designer und ermöglicht die Durchführung einer Reihe von SI-Post-Layout-Prüfungen, die die wichtigsten Parameter von Hochgeschwindigkeitsdesigns abdecken:

• Impedanz

• Verzögerung

• Einfügedämpfung (IL)

• Rückflussdämpfung (RL)

Zugriff auf die Funktionen des SI Analyzer by Keysight

Um auf die Funktionen des SI Analyzer by Keysight in Altium Designer zuzugreifen, muss die SI Analyzer by Keysight Software-Erweiterung installiert sein. Diese Erweiterung kann manuell installiert oder entfernt werden.

Weitere Informationen zur Verwaltung von Erweiterungen finden Sie auf der Extending Your Installation Seite (Altium Designer Develop, Altium Designer Agile, Altium Designer).

Wenn die SI Analyzer by Keysight Software-Erweiterung installiert ist, ermöglicht sie Folgendes:

• Ein neues SI Analyzer by Keysight-Dokument erstellen oder ein vorhandenes öffnen.

• Netze für eine SI-Analyse hinzufügen und konfigurieren.

• Vorhandene SI-Analyseergebnisse überprüfen.

• Einen SI-Analysebericht erstellen.

Um jedoch eine neue SI-Analyse durchzuführen, benötigen Sie ein gültiges Abonnement für den SI Analyzer by Keysight. Andernfalls wird beim Versuch, eine SI-Analyse zu starten, der Dialog Analyze Your Nets geöffnet, in dem Sie eine kostenlose Testversion anfordern können ().

Starten des SI Analyzer by Keysight

Um die Signalintegritätsanalyse zu starten, öffnen Sie das PCB-Dokument des Projekts und wählen Sie Tools » SI Analyzer by Keysight aus den Hauptmenüs aus.

Das SI Analyzer by Keysight-Dokument (<ProjectName> [SIK]) wird geöffnet und dem Source Documents Bereich des Projekts hinzugefügt (im Projects Panel). Das Dokument ist zunächst nicht gespeichert. Verwenden Sie den Befehl File » Save As aus den Hauptmenüs, um das Dokument am gewünschten Speicherort zu speichern.

Vorbereitung der Analyse

Hinzufügen der zu analysierenden Netze

Nach dem Start des SI Analyzer by Keysight werden die PCB-Daten (im ODB++-Format) in den Solver importiert. In diesem Schritt können Sie die Liste der zu analysierenden Netze definieren und ihnen Spezifikationen zuweisen. Klicken Sie dazu oben im SI Analyzer by Keysight-Dokument auf die Schaltfläche Manage Nets oder verwenden Sie den Befehl Edit » Manage Nets aus den Hauptmenüs (alternativ steht, wenn sich keine Netze im Dokument befinden, auch die Schaltfläche Manage Nets in der Mitte des Dokuments zur Verfügung). Der Dialog Manage Nets wird geöffnet und zeigt die Liste der Netz-, Differenzialpaar- und xSignal-Klassen des PCBs an.

Aktivieren Sie das Kontrollkästchen für jede benötigte Klasse (oder verwenden Sie das Kontrollkästchen in der Rasterkopfzeile, um alle Klassen auszuwählen). Optional können Sie auf die Zelle in der Spalte Specifications klicken, um ein Popup anzuzeigen und die gewünschte(n) Spezifikation(en) auszuwählen, die die Einschränkungen für die ausgewählte Klasse definieren (diese können bei Bedarf später neu definiert werden – mehr erfahren). Sie können aus integrierten oder benutzerdefinierten Spezifikationen wählen (Registerkarte Specifications des Popups) oder für eine Klasse die erforderlichen Constraint-Werte manuell festlegen (Registerkarte Custom Constraints des Popups).  

Im Abschnitt Verwalten von Spezifikationen erfahren Sie mehr über die Verwaltung integrierter oder benutzerdefinierter Spezifikationen.

Sie können auch die Liste All Nets unten im Dialog erweitern, um einzelne Netze im Design auszuwählen und ihnen Spezifikation(en) zuzuweisen.

Nach dem Klicken auf OK im Dialog werden die ausgewählten Klassen im SI Analyzer by Keysight-Dokument angezeigt. Wenn im Bereich All Nets des Dialogs Manage Nets ein Netz ausgewählt wurde, wird es im Eintrag der Klasse All Nets angezeigt. Erweitern Sie einen Klasseneintrag, um seine Netze/xSignals anzuzeigen.

Erweitern Sie einen Eintrag für ein Netz/xSignal oder ein Differenzialpaar, um seine Bestandteile (Pads, Leiterbahnen, Bögen und Vias) im Bereich Transmission Line anzuzeigen. Bewegen Sie den Mauszeiger über die Kachel eines Objekts und klicken Sie auf das Symbol , um zu diesem Objekt im PCB zu springen.

Um eine Klasse oder ein individuell hinzugefügtes Netz aus dem Dokument zu entfernen, klicken Sie rechts neben dem entsprechenden Eintrag auf die Schaltfläche .

Verwalten von Spezifikationen

Der Dialog Manage Specifications , der durch Klicken auf die Schaltfläche Manage Specifications oben im SI Analyzer by Keysight-Dokument aufgerufen wird, ermöglicht Ihnen die Verwaltung sowohl integrierter als auch benutzerdefinierter Spezifikationen. Diese Spezifikationen können dann einer Klasse oder einem Netz zugewiesen werden, um dafür schnell Constraints zu definieren, wie im vorherigen Abschnitt beschrieben.

• Auf der linken Seite des Dialogs wird die Liste der aktuell definierten Spezifikationen angezeigt. Jede Spezifikation wird mit ihrem Namen und einem oder mehreren Typen von Constraints aufgeführt, die sie definiert.

  Verwenden Sie das Feld Search oben in der Spezifikationsliste, um die gewünschten Spezifikationen zu finden. Während Sie Ihre Suchzeichenfolge eingeben, wird die Liste gefiltert, sodass nur Spezifikationen mit passenden Namen angezeigt werden.
• Wählen Sie eine Spezifikation in der Liste aus, um ihre Details (Name, ob es sich um eine Spezifikation vom Typ Built-In oder User-Defined handelt, sowie Constraints) auf der rechten Seite des Dialogs anzuzeigen.
• Um eine neue Spezifikation zu erstellen, klicken Sie unten links in der Spezifikationsliste auf die Schaltfläche Add New. Auf der rechten Seite des Dialogs werden daraufhin Steuerelemente zum Definieren der Spezifikation angezeigt:

  • Definieren Sie den Namen der neuen Einschränkung im Feld Specification Name.

  • Wählen Sie mithilfe der Kontrollkästchen den/die Einschränkungstyp(en) aus, die durch diese Spezifikation definiert werden sollen: Impedance, Delay, Insertion Losses (IL) und/oder Return Losses (RL).

  • Definieren Sie für aktivierte Einschränkungstypen deren Werte. Verwenden Sie für Einschränkungen der Typen Impedance und Delay die bereitgestellten Textfelder. Für Einschränkungen der Typen Insertion Losses (IL) und Return Losses (RL) können Sie Grenzen hinzufügen, bearbeiten und entfernen, um einen Bereich eingeschränkter und zulässiger Verlustwerte im erforderlichen Frequenzbereich zu bilden.

    

  • Sobald die Spezifikation wie gewünscht definiert ist, klicken Sie oben auf der rechten Seite des Dialogs auf die Schaltfläche Save, um sie zu erstellen, oder auf Cancel, um den Vorgang ohne Erstellen zu beenden.

    Beachten Sie, dass keine neue Spezifikation mit einem bereits verwendeten Namen oder mit ungültigen Einschränkungswerten in aktivierten Einschränkungen erstellt werden kann.
• Eine neue Spezifikation kann auch durch Duplizieren einer vorhandenen Spezifikation erstellt werden (entweder benutzerdefiniert oder integriert). Wählen Sie in der Liste eine zu duplizierende Spezifikation aus und klicken Sie dann unten links in der Spezifikationsliste auf die Schaltfläche Duplicate. Es wird eine neue Spezifikation erstellt, die zunächst <OriginalSpecificationName>(Copy) heißt und dieselben Einschränkungen wie das Original besitzt; sie kann anschließend auf der rechten Seite des Dialogs bearbeitet werden. Nehmen Sie die gewünschten Änderungen vor und klicken Sie oben auf die Schaltfläche Save, um die Spezifikation zu erstellen, oder auf Cancel, um den Vorgang ohne Erstellen zu beenden.
• Zum Bearbeiten einer benutzerdefinierten Spezifikation klicken Sie auf der rechten Seite des Dialogs auf die Schaltfläche , wenn die Spezifikation in der Liste ausgewählt ist. Nehmen Sie die gewünschten Änderungen vor und klicken Sie oben auf die Schaltfläche Save, um die Änderungen zu speichern, oder auf Cancel, um den Vorgang ohne Übernahme von Änderungen zu beenden.
• Um eine Spezifikation zu entfernen (entweder benutzerdefiniert oder integriert), klicken Sie auf der rechten Seite des Dialogs auf die Schaltfläche , wenn die Spezifikation in der Liste ausgewählt ist.
• Entfernte integrierte Spezifikationen können wiederhergestellt werden, indem Sie mit der rechten Maustaste in die Spezifikationsliste klicken und den Befehl Restore Built-In Spec auswählen. Benutzerdefinierte Spezifikationen werden von diesem Befehl nicht beeinflusst.

Einschränkungen definieren

Jedes Netz wird analysiert, um festzustellen, ob es die angegebenen Einschränkungen erfüllt. Wenn für die übergeordnete Klasse eine Spezifikation ausgewählt wurde, werden die Einschränkungen durch diese Spezifikation definiert.

Um die aktuellen Einschränkungen eines Netzes/xSignals oder eines differentiellen Paars zu untersuchen, wählen Sie die Registerkarte Constraints, wenn der entsprechende Eintrag erweitert ist.

Klicken Sie auf einen Einschränkungswert, um diese Einschränkung im daraufhin angezeigten Popup zu bearbeiten.

Beachten Sie, dass bei manueller Änderung eines Einschränkungswerts die Warnmeldung Custom constraints are used im entsprechenden Eintrag angezeigt wird.

Eine Analyse ausführen

Nachdem die Konfiguration abgeschlossen ist, können Sie eine Analyse für alle hinzugefügten Netze, eine bestimmte Klasse oder ein bestimmtes Netz ausführen. Klicken Sie oben rechts im Dokument SI Analyzer by Keysight auf die Schaltfläche Analyze All, um alle Netze zu analysieren, oder auf die Schaltfläche Analyze bei einem Eintrag einer bestimmten Klasse oder eines bestimmten Netzes, um nur diese Klasse bzw. dieses Netz zu analysieren.

Ergebnisse untersuchen

Nach Abschluss der Analyse werden die Ergebnisse im Dokument SI Analyzer by Keysight angezeigt. Die Meldung Analyzed wird oben rechts im Dokument eingeblendet. Wenn alle analysierten Netze die Einschränkungen erfüllen, wird neben der Meldung der Text All Passed angezeigt. Andernfalls wird der Text Failed zusammen mit der Anzahl der Netze angezeigt, die die Einschränkungen nicht erfüllen.

Wenn alle Netze in einer Klasse die Analyse bestehen, wird für deren Eintrag der Text Success angezeigt. Andernfalls wird der Text Failed angezeigt.

Erweitern Sie einen Klasseneintrag, um die berechneten Werte (Impedanz, Verzögerung, Einfügedämpfung und Rückflussdämpfung) für jedes analysierte Netz in dieser Klasse anzuzeigen. Werte, die die Einschränkungen erfüllen, werden grün dargestellt; Werte, die die Einschränkungen nicht erfüllen, werden rot dargestellt.

Erweitern Sie einen Netzeintrag, um die berechneten Werte für dieses Netz auf der Registerkarte Results anzuzeigen. Außerdem haben Kacheln von Netzobjekten, die die Einschränkungen nicht erfüllen, im Bereich Transmission Line einen roten Rand, und der fehlgeschlagene Wert wird rot angezeigt.

Um die Analyseergebnisse für eine Klasse oder ein Netz/xSignal/differentielles Paar innerhalb des PCB anzuzeigen, klicken Sie auf die zugehörige Schaltfläche Show on PCB.

Das SI Analyzer by Keysight-Bedienfeld

Im PCB-Editor werden Analyseprozess und Ergebnisse über das Bedienfeld SI Analyzer by Keysight gesteuert. Beachten Sie, dass das Bedienfeld erst dann zur Liste der verfügbaren Bedienfelder (über die Schaltfläche Panels) hinzugefügt wird, nachdem eine Signalintegritätsanalyse durchgeführt und auf die Schaltfläche Show on PCB geklickt wurde.

Simuliertes Signal

• Simulated Signal – hiermit wählen Sie die Klasse oder das Netz/xSignal/differentielle Paar aus, das im Designbereich als Heatmap angezeigt werden soll.
• Only nets with violations – wenn diese Option aktiviert ist, sind im Dropdown nur Elemente verfügbar, die derzeit eine Verletzung aufweisen. Deaktivieren Sie diese Option, um alle analysierten Elemente aufzulisten.
• Show Heatmap – wenn diese Option aktiviert ist, wird im Designbereich eine Heatmap für das aktuell im Dropdown Simulated Signal ausgewählte Element angezeigt.

Unterhalb dieser Steuerelemente verfügt das Bedienfeld über zwei Registerkarten, General und Heatmap. Die Optionen auf diesen Registerkarten gelten für das aktuell im Dropdown Simulated Signal ausgewählte Element.

Heatmap

Die Registerkarte Heatmap im Bedienfeld SI Analyzer by Keysight dient dazu, zu steuern, welche Daten als Heatmap dargestellt werden – entweder Impedanz oder Verzögerung – und wie die Farbe auf die Impedanz/Verzögerung angewendet wird. Beachten Sie, dass diese Steuerelemente für die Heatmap-Einstellungen nur verfügbar sind, wenn die Option Show Heatmap aktiviert ist.

Verwenden Sie die Schaltflächen Impedance und Delay, um zwischen zwei Modi umzuschalten. Das gesamte Netz wird eingefärbt, um die Impedanz/Verzögerung an jeder Position entlang des Netzes wie folgt wiederzugeben:

• Für die Impedanz gilt: Je näher die Impedanz am Z0-Zielwert liegt, desto grüner ist die Farbe, und je weiter die Impedanz vom Z0-Zielwert entfernt ist, desto röter ist die Farbe. Berechnete Werte unterhalb des Minimums und oberhalb des Maximums werden rot dargestellt.
• Für die Verzögerung gilt: Je größer die Verzögerung, desto wärmer (röter) die Farbe, und je kleiner die Verzögerung, desto kälter die Farbe. Berechnete Werte unterhalb des Minimums werden blau dargestellt, und Werte oberhalb des Maximums werden rot dargestellt.

Die Farbskala zeigt, wie die Farbe angewendet wird. Die Minimal- und Maximalwerte können durch Klicken und Ziehen auf dem Schieberegler oder durch Eingabe eines neuen Werts in die darunterliegenden Felder angepasst werden. Die Skala wird außerdem als farbiger Balken im Designbereich unterhalb des PCB angezeigt.

Aktivieren Sie die Option Color focus on results, um das aktuell im Dropdown Simulated Signal ausgewählte Element hervorzuheben und andere Objekte im PCB auszublenden.

Ein Beispiel einer Heatmap für Impedanzberechnungen.

Ein Beispiel einer Heatmap für Verzögerungsberechnungen.

Verletzungserkennung

Wenn die Analyse für das aktuell im Dropdown Simulated Signal ausgewählte Element eine Einschränkungsverletzung erkennt, werden diese im Bereich Violations der Registerkarte General des Bedienfelds SI Analyzer by Keysight aufgelistet.

• Verwenden Sie die Schaltflächen oben im Bereich, um festzulegen, welche Verletzungstypen in der Liste angezeigt werden sollen.
• Verwenden Sie die Schaltfläche Analyze unten im Bereich, um die SI-Analyse erneut auszuführen. Damit können Sie schnell prüfen, ob das Element die Einschränkung nach Änderungen im PCB-Editor erfüllt, ohne zum Dokument SI Analyzer by Keysight zurückkehren zu müssen.

Sonden

Der Bereich Probes des Bedienfelds SI Analyzer by Keysight wird verwendet, um Messsonden direkt auf dem PCB zu platzieren. Sonden können entweder Impedanz oder Verzögerung messen; die Art der Messung wird durch den aktuellen Heatmap-Modus der Platine bestimmt.

Sonden können entweder eine einzelne Sonde sein, um einen absoluten Wert an der Position der Sonde zu messen, oder eine Differenzsonde, um die Differenz zwischen zwei Sondenpositionen zu messen. Beide Sondentypen werden durch Klicken auf die Schaltfläche Add im Bereich Probes des Panels platziert. Um eine einzelne Sonde zu platzieren, klicken Sie an die gewünschte Position und klicken dann mit der rechten Maustaste (oder drücken Esc). Um eine Differenzsonde zu platzieren, klicken Sie einmal, um die erste Sondenposition festzulegen, und klicken Sie dann ein zweites Mal, um die zweite Sondenposition festzulegen. Sobald eine Sonde definiert wurde, werden die Messergebnisse im Panel angezeigt.

Ein Beispiel für eine einzelne Sonde

Ein Beispiel für eine Differenzsonde

Klicken Sie im Panel auf einen Sondeneintrag, um seine Position(en) auf der PCB anzuzeigen. Wählen Sie im Panel einen Sondeneintrag aus und klicken Sie unten im Bereich auf die Schaltfläche , um die Sonde zu entfernen.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Add to Report, um ein Bild der PCB an der ausgewählten Sondenposition zu erstellen. Das Bild wird im Bereich Image Captures des Panels angezeigt und durch ein Abzeichen Probe gekennzeichnet. Bewegen Sie den Mauszeiger über den Screenshot, um die Sondendetails anzuzeigen.

Bildaufnahmen

Die Bildaufnahmefunktion im Panel SI Analyzer by Keysight kann verwendet werden, um einen designspezifischen Screenshot aufzunehmen, der anschließend in einen Bericht aufgenommen werden kann.

Um ein Bild eines bestimmten Bereichs der Leiterplatte aufzunehmen, richten Sie zunächst die Ansicht der Leiterplatte im Designbereich so ein, dass die Elemente sichtbar sind, die in der Aufnahme enthalten sein sollen. Wenn alles bereit ist, klicken Sie im Bereich Add des Panels auf die Schaltfläche Image Captures, um den Screenshot aufzunehmen. Sie können die Ansicht der Leiterplatte anschließend weiter ändern und weitere Bilder hinzufügen.

 Um ein Bild zu löschen, bewegen Sie den Mauszeiger über das Bild, damit die Schaltfläche  angezeigt wird, und klicken Sie dann darauf, um das Bild zu löschen.

Berichterstellung der Ergebnisse

Um einen vollständigen Analysebericht zu erstellen, klicken Sie oben im Dokument SI Analyzer by Keysight auf die Schaltfläche Full Report. Der vollständige Bericht enthält einen Abschnitt für jede Klasse (sowie den Eintrag All Nets für individuell hinzugefügte Netze außerhalb von Netzklassen).

Klicken Sie im vollständigen Bericht auf den Namen einer Netzklasse (oder auf den Netznamen in der Liste All Nets), um einen detaillierten Bericht dazu anzuzeigen, einschließlich:

• Name der Netzklasse oder des Netzes.
• Zugewiesene Spezifikation(en).
• Zusammenfassung der Constraint-Prüfung. Klicken Sie auf einen Eintrag einer fehlgeschlagenen Prüfung, um Empfehlungen zur Behebung der zugehörigen Probleme anzuzeigen.
• Lagenaufbau der Leiterplatte.
• Constraint-Prüfungen für jedes Netz. Erweitern Sie einen Netzeintrag, um die Constraint-Prüfungen für jedes Objekt dieses Netzes anzuzeigen.
• Diagramm der Einfügedämpfung.
• Diagramm der Rückflussdämpfung.

Wenn Sie einen detaillierten Bericht untersuchen, klicken Sie auf die Schaltfläche Show on PCB, um die PCB und das Panel SI Analyzer by Keysight zu öffnen und die Klasse bzw. das Netz zu untersuchen.

Arbeiten mit Diagrammen

Die Diagramme für Einfügedämpfung und Rückflussdämpfung zeigen die entsprechenden Kurvenformen für jedes Netz in der aktuell untersuchten Klasse. Der rote Bereich im Diagramm kennzeichnet die durch die Constraints definierte Sperrzone.

• Verwenden Sie die Dropdown-Liste oben rechts im Diagramm für Einfügedämpfung oder Rückflussdämpfung, um die im Diagramm angezeigten Netze zu verwalten. Es können alle Netze, fehlgeschlagene Netze oder bestimmte(s) Netz(e) angezeigt werden.

• Klicken Sie rechts neben dem Diagramm auf den Namen einer Kurvenform, um sie hervorzuheben, indem andere Kurvenformen abgeblendet werden. Klicken Sie erneut auf einen Kurvenformnamen, um die Hervorhebung aufzuheben.

• Drehen Sie das Mausrad, um relativ zur Position des Mauszeigers in einem Diagramm zu zoomen. Befindet sich der Mauszeiger auf einer Diagrammachse, drehen Sie das Mausrad, um nur relativ zur Zeigerposition auf dieser Achse zu zoomen (die Skalierung der anderen Achse ändert sich nicht).

• Datenmessungen können mit Mess-Cursorn durchgeführt werden. Es stehen zwei Cursor zur Verfügung, die derselben oder unterschiedlichen Kurvenformen in einem Diagramm hinzugefügt werden können. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf einen Kurvenformnamen rechts neben dem Diagramm und verwenden Sie die Befehle Cursor A und Cursor B im Kontextmenü, um die Cursor zu aktivieren/deaktivieren. Bewegen Sie den Cursor, indem Sie seine Registerkarte anklicken und ziehen. Die Messdaten für einen aktivierten Cursor werden unten im Diagramm angezeigt.

  
  Ein Beispiel für die Cursor A und B, die derselben Kurvenform hinzugefügt wurden.

Exportieren des Berichts

Klicken Sie auf die Schaltfläche Save Report , um den Bericht im HTML-Format zu speichern. Verwenden Sie anschließend den Dialog Report Settings, um zu konfigurieren, welche Netze (wenn der Dialog aus dem vollständigen Bericht aufgerufen wird) und welche spezifischen Daten in den Bericht aufgenommen werden.

Nach dem Klicken auf die Schaltfläche Generate Report wird der Bericht in einem Unterordner im Projektordner mit dem Namen \SiAnalyzerByKeysight_Output\HTMLReport\<ProjectName>.sik_<CurrentDate>_<CurrentTime> gespeichert. Alle Bilder im Bericht werden in einem Unterordner \Images gespeichert.