Configuración y ejecución de un análisis de integridad de señal

Una vez que el diseño esté preparado para un análisis de integridad de señal según los requisitos, configure y ejecute el análisis tal como se describe en esta página.

Configuración de las opciones de SI

Al seleccionar Tools » Signal Integrity, si todos los componentes tienen modelos asignados, se muestra el cuadro de diálogo SI Setup Options la primera vez que se ejecuta este comando en un proyecto abierto.

El cuadro de diálogo SI Setup Options

1. Establezca la impedancia y la longitud media de las pistas según sea necesario. Estas características de enrutado solo son necesarias si hay redes que aún no se han transferido a una PCB o redes sin enrutar en la PCB.

   Tenga en cuenta que las pestañas Supply Nets y Stimulus solo se muestran en el modo de solo esquemático.
2. Haga clic en Analyze Design para ejecutar el análisis preliminar predeterminado y mostrar el panel Signal Integrity, desde el que podrá seleccionar las redes que desea analizar para detectar reflexiones o diafonía.

Las cuatro reglas de tolerancia predeterminadas y todas las reglas de integridad de señal definidas en el esquemático o la PCB se habilitan y ejecutan la primera vez que se analiza el diseño. Estas tolerancias pueden ajustarse más adelante en el panel Signal Integrity, haciendo clic en el botón Menu y seleccionando Set Tolerances.

Opciones de configuración de integridad de señal en el modo de solo esquemático

Si no hay ninguna PCB disponible en el proyecto, puede cambiar las opciones de configuración de SI en cualquier momento haciendo clic en el botón Menu del panel Signal Integrity y seleccionando Setup Options. Se mostrará el cuadro de diálogo SI Setup Options.

La pestaña Track Setup permite configurar la longitud predeterminada de las pistas para la simulación. Esta no se utiliza cuando hay una PCB, ya que la PCB utiliza las reglas de anchura; es decir, si la opción Use Manhattan length está deshabilitada, la PCB utiliza este valor. Establezca también Track Impedance en esta pestaña.

Haga clic en las pestañas Supply Nets y Stimulus para mostrar y habilitar la información de las reglas de redes y estímulos. Estas pestañas ofrecen una interfaz alternativa para definir estas características, además del método habitual de establecer reglas en la PCB o el esquemático.

Las pestañas del cuadro de diálogo SI Setup Options al acceder desde el modo de solo esquemático

Uso del panel de integridad de señal

Una vez realizada la configuración inicial, el panel Signal Integrity se cargará con los datos del análisis preliminar que acaba de ejecutarse. Los resultados de este análisis y la indicación de qué redes han superado las distintas pruebas se muestran en la lista del lado izquierdo del panel. A continuación, las redes problemáticas pueden analizarse con mayor detalle mediante análisis rápidos de reflexiones y diafonía. La posibilidad de añadir terminaciones virtuales permite determinar qué circuitos adicionales deben incorporarse al diseño para resolver estos problemas y obtener así el mejor comportamiento posible en cuanto a integridad de señal.

El panel Signal Integrity se utiliza para configurar y controlar el proceso de análisis de integridad de señal.

Visualización de los resultados del análisis preliminar

El análisis preliminar proporciona una simulación rápida de numerosas redes para obtener más información e identificar las redes críticas que requieren un examen más exhaustivo, como un análisis detallado de reflexiones o diafonía. La lista del lado izquierdo muestra los resultados de este análisis en formato de tabla. Para cada red del diseño, se puede mostrar la siguiente información en las columnas:

Utilice el botón Menu o haga clic con el botón derecho en la tabla para acceder al submenú Show/Hide Columns, desde el que puede habilitar o deshabilitar la visualización de las columnas de datos según sea necesario.

Cada red puede pertenecer a una de estas tres categorías: Passed, Failed o Not Analyzed.

	Una red Passed presenta todos sus valores dentro de los límites definidos por las pruebas.
	Una red Failed presenta al menos un valor fuera de los niveles de tolerancia definidos. Los valores que no cumplen los requisitos se muestran en amarillo.
	Una red Not Analyzed no ha podido someterse al análisis preliminar por algún motivo. Para ver el motivo, habilite la columna Analysis Errors.

Redes con fallos

Entre los motivos habituales por los que no se puede analizar una red en el análisis preliminar se encuentran la presencia de un conector, diodo o transistor, y la ausencia de pines de salida o la presencia de varios pines de salida. Cuando se analizan redes que contienen pines bidireccionales y no hay ningún pin de salida dedicado en la red, cada pin bidireccional se simula por separado como pin de salida. Se muestra el resultado del peor caso de estas simulaciones.

Las redes pueden presentar otros errores que provoquen resultados de análisis incorrectos tanto en el análisis preliminar como en las simulaciones posteriores. Toda la fila correspondiente a estas redes aparecerá en rojo. Además, las redes que se hayan simulado (es decir, las redes que aún no estén enrutadas en una PCB) aparecerán en gris claro.

Comprobación de redes con errores o sin analizar

Para ver la causa de que una red presente errores o no se haya analizado:

• Si toda la fila de una red está resaltada en rojo, selecciónela, haga clic con el botón derecho y seleccione Show Errors. Esto también añade mensajes al panel Messages, desde los que puede realizar una localización cruzada para corregir cualquier problema.

  

• Para ver toda la información disponible de una red seleccionada, haga clic con el botón derecho y seleccione Details. El cuadro de diálogo Full Details muestra todos los resultados del análisis preliminar que pueden visualizarse en la tabla de resultados, junto con lo siguiente:
  • Component Count – cuántos componentes tienen pads conectados a la red seleccionada.
  • Track Count – cuántos segmentos de pista enrutados individuales componen la totalidad de la red enrutada.
  • Minimum Impedance (Ohms) – la impedancia mínima de la red, teniendo en cuenta las impedancias individuales de todos sus segmentos de pista.
  • Maximum Impedance (Ohms) – la impedancia máxima de la red, teniendo en cuenta las impedancias individuales de todos sus segmentos de pista.

  

• Seleccione Cross Probe en el menú contextual (o haga clic en Menu) para localizar la red seleccionada en el esquemático o en la PCB mediante localización cruzada.

  Utilice el atajo de teclado F4 para alternar la visualización del panel Signal Integrity (y de otros paneles que estén en modo «flotante») y cambiar rápidamente entre el panel y el diseño.
• Para ver qué redes están acopladas a una red o a un grupo de redes, seleccione las redes deseadas, haga clic con el botón derecho y seleccione Find Coupled Nets. Esto seleccionará todas las redes acopladas a las redes seleccionadas. Los criterios para determinar qué redes se consideran acopladas pueden configurarse en el cuadro de diálogo Signal Integrity Preferences (al que se accede haciendo clic en el botón Menu y seleccionando Preferences en el panel Signal Integrity).
• Puede copiar información útil al portapapeles y pegarla en otras aplicaciones para procesarla o elaborar informes. Seleccione las redes necesarias y elija Copy en el menú contextual. Además, puede personalizar la información mostrada seleccionando las columnas que se visualizarán mediante el comando Show/Hide Columns del menú contextual.
• También hay disponible un informe que destaca los resultados generados por el análisis; para acceder a él, seleccione Display Report en el menú contextual del panel Signal Integrity. Esto abre el archivo de informe Signal Integrity Tests Report.txt en el editor de texto y lo añade al proyecto.

Configuración de preferencias

Puede especificar diversas preferencias que se aplican a todos los análisis que haya definido. Entre ellas se incluyen la configuración general, el método de integración y los umbrales de precisión. Cualquier cambio en las preferencias se aplicará a todos los proyectos.

Haga clic en el botón Menu del panel Signal Integrity y seleccione Preferences para abrir el cuadro de diálogo Signal Integrity Preferences.

El cuadro de diálogo Signal Integrity Preferences

• Utilice la pestaña General para configurar las opciones de gestión de errores que muestran indicaciones o advertencias cuando existen errores en el diseño relacionados con la realización de un análisis de integridad de señal. Las indicaciones o advertencias detectadas se mostrarán como mensajes en el panel Messages. Si la opción Show Warnings está habilitada y existen advertencias, aparecerá un cuadro de diálogo de confirmación de advertencia al intentar acceder al panel Signal Integrity. Además, puede optar por ocultar el panel Signal Integrity después de elegir mostrar las formas de onda. También puede definir las unidades predeterminadas para las mediciones de integridad de señal y si se mostrarán los títulos de las gráficas y las gráficas FFT al visualizar las formas de onda resultantes en el editor SimData.

• La pestaña Configuration define varios umbrales relacionados con la simulación, como la distancia máxima entre redes acopladas y la longitud mínima para considerar un tramo como acoplado.

• La pestaña Integration define el método de integración numérica utilizado para el análisis. El método Trapezoidal es relativamente rápido y preciso, pero tiende a oscilar en determinadas condiciones. Los métodos Gear requieren tiempos de análisis más largos, pero suelen ser más estables. Utilizar un orden de Gear más alto permite, en teoría, obtener resultados más precisos, pero aumenta el tiempo de análisis. El valor predeterminado es Trapezoidal.

• La pestaña Accuracy del cuadro de diálogo Signal Integrity Preferences define los umbrales de tolerancia y los límites de varios algoritmos de cálculo implicados en el análisis.

  Opciones de precisión

  Opción	Descripción
  RELTOL	Tolerancia relativa para calcular los valores de corriente y tensión
  ABSTOL	Tolerancia absoluta para calcular los valores de corriente
  VNTOL	Tolerancia absoluta para calcular los valores de tensión
  TRTOL	Factor de estimación del error de integración
  NRVABS	Límite del error de truncamiento al utilizar el algoritmo de Newton-Raphson
  DTMIN	Tamaño mínimo permitido del paso de tiempo
  ITL	Número máximo de iteraciones con el algoritmo de Newton-Raphson
  LIMPTS	Número máximo de pares de valores en el archivo de salida para cada curva de tensión

• Utilice la pestaña DC Analysis para definir los umbrales de tolerancia y los límites de diversos parámetros asociados al análisis de CC.

Configuración de tolerancias

Se definen pruebas predeterminadas de sobreimpulso y subimpulso, ya que estas son probablemente las características más adecuadas para determinar qué redes pueden ser las más problemáticas. Las cuatro reglas de tolerancia predeterminadas y todas las reglas de integridad de señal establecidas en el esquemático o en la PCB se habilitan y se ejecutan la primera vez que se analiza el diseño. Para habilitar o deshabilitar estas reglas, haga clic en el botón Menu del panel Signal Integrity y seleccione Set Tolerances. Se mostrará el cuadro de diálogo Set Screening Analysis Tolerances.

El cuadro de diálogo Set Screening Analysis Tolerances

Haga clic en la casilla Enabled situada junto a un tipo de regla para habilitar su ejecución al analizar el diseño.

Haga clic en PCB Signal Integrity Rules (si no está en el modo de solo esquemático) para abrir el cuadro de diálogo PCB Rules and Constraints Editor, donde puede añadir o modificar las reglas de integridad de señal necesarias. Haga clic en OK hasta volver al panel Signal Integrity.

Preparación de los análisis

Antes de ejecutar los análisis, debe seleccionar las redes que se analizarán con más detalle. También puede editar los búferes para ver o cambiar la tecnología de los componentes y las propiedades de los pines, así como añadir terminaciones a las redes si es necesario.

Selección de las redes que se analizarán

Para realizar análisis adicionales de las redes (reflexión y/o diafonía), es necesario seleccionarlas en la lista de la derecha del panel Signal Integrity. Haga doble clic en una red de la lista de la izquierda para seleccionarla y moverla a la lista de la derecha. También puede utilizar los botones de flecha para añadir o quitar redes de la selección. Puede seleccionar varias redes en la lista de la izquierda manteniendo pulsadas las teclas Shift o Ctrl.

Puede localizar las redes seleccionadas mediante sondeo cruzado en el documento de esquemático o PCB correspondiente seleccionando las opciones Cross Probe del menú contextual. El documento de destino se activará en el espacio de diseño y las redes seleccionadas se mostrarán según los métodos de resaltado definidos en la página Sistema – Navegación del cuadro de diálogo Preferences.

Una vez seleccionadas las redes, es posible realizar ajustes adicionales antes de ejecutar una simulación.

Configuración de redes víctimas y agresoras

En los análisis de diafonía, es necesario establecer una red víctima o agresora. Tenga en cuenta que, debido a la naturaleza del análisis, esta función solo está disponible cuando se han seleccionado dos o más redes (tras moverlas a la lista de la derecha).

Seleccione una red en la lista de la derecha, haga clic con el botón derecho y seleccione Set Aggressor o Set Victim, según corresponda. Se actualizará el estado de las redes. Para quitar esta asignación, seleccione Clear Status en el menú contextual.

Configuración de la dirección de los pines bidireccionales

Es posible establecer la dirección de los pines bidireccionales de una red determinada. Para ello, seleccione la red correspondiente en la lista superior derecha. Debajo aparecerá una lista de los pines de esa red. En la lista de pines, cambie el estado de entrada/salida de cada pin bidireccional seleccionado haciendo clic con el botón derecho y eligiendo un estado en el menú contextual. Estos ajustes de entrada/salida se guardarán con el proyecto para la próxima vez que utilice este panel.

También puede localizar el pin/pad mediante sondeo cruzado en el documento de esquemático o PCB correspondiente seleccionando las opciones Cross Probe del menú contextual. El documento de destino se activará en el espacio de diseño y el pin/pad seleccionado se mostrará según los métodos de resaltado definidos en la página Sistema – Navegación del cuadro de diálogo Preferences.

Edición de búferes

Puede que desee consultar o cambiar la tecnología del componente y las propiedades de sus pines, como los modelos de entrada y salida y la dirección del pin. Solo puede modificar los componentes conectados a la red seleccionada actualmente en la lista de la derecha. La opción Edit Buffer del menú contextual de la lista de pines permite acceder al cuadro de diálogo de datos del componente.

El cuadro de diálogo y las opciones que aparezcan dependerán del tipo de componente al que pertenezca el pin, por ejemplo, una resistencia, un circuito integrado, un BJT, etc. El cuadro de diálogo Integrated Circuit que se muestra corresponde a un componente de tipo circuito integrado.

El cuadro de diálogo Integrated Circuit

Al elegir Technology y Direction de un pin, se mostrará una lista de los modelos de entrada y/o salida pertinentes entre los que puede seleccionar. Los cambios de tecnología y dirección solo se utilizan localmente en el análisis y no se guardarán cuando se restablezca el panel.

Los campos Technology, Input Model y Output Model del componente dependen del contexto. Al elegir una tecnología para el componente, los modelos predeterminados de este se toman de dicha tecnología. Tenga en cuenta que, si ya se han asignado modelos específicos a los pines (por ejemplo, al importar un modelo IBIS), cambiar la tecnología del componente no reasignará los modelos de esos pines.

Terminaciones

Las oscilaciones que se observan en la forma de onda de una señal se deben a múltiples reflexiones en la línea de transmisión (pista) asociada. Estas reflexiones, u oscilaciones parásitas, se producen con mayor frecuencia en los diseños de PCB debido a una desadaptación de impedancias entre el excitador y el receptor, normalmente cuando el excitador tiene una impedancia baja y el receptor una impedancia alta.

Lo ideal para obtener una buena calidad de señal en la carga sería que no hubiera reflexiones ni oscilaciones parásitas. Mediante una terminación, el nivel de estas oscilaciones puede reducirse hasta un valor aceptable para el diseño.

El panel Signal Integrity incorpora un asistente de terminaciones que permite insertar «terminaciones virtuales» en una red, en la ubicación que defina. De este modo, puede probar distintas estrategias de terminación sin realizar cambios físicos en la placa.

Las simulaciones de terminación disponibles son:

• Series Res
• Parallel Res to VCC
• Parallel Res to GND
• Parallel Res to VCC and GND
• Res and Cap to GND
• Parallel and Cap to GND
• Parallel Schottky Diodes

Cada tipo de terminación puede activarse o desactivarse en la lista de terminaciones. Se pueden activar varios tipos de terminación al realizar análisis de reflexión y diafonía; se generará un conjunto independiente de formas de onda para cada uno. Esto le permite determinar qué terminación conviene añadir al diseño para obtener una calidad de señal óptima en las líneas de transmisión y, por tanto, reducir las reflexiones (oscilaciones parásitas) a un nivel aceptable.

Al ejecutar un análisis de reflexión o diafonía, se probará cada tipo de terminación activado y se generará un conjunto independiente de formas de onda. Cuando se utilice la terminación Serial Res, se colocará en todos los pines de salida de la red seleccionada. En los demás tipos de terminación, esta se colocará en todos los pines de entrada de la red.

Para obtener los mejores resultados con las terminaciones, también será necesario ajustar los valores de los componentes implicados según las características de la red.

• Al seleccionar una terminación, debajo se muestra un diagrama de esta. Este diagrama permite establecer los valores mínimos y máximos de las resistencias y los condensadores utilizados en las terminaciones.
• Los valores mínimos y máximos se utilizan cuando el número de barridos (que se muestra en la lista de terminaciones) se establece en un valor superior a uno.
• Para obtener más información sobre un tipo de terminación, selecciónelo y haga clic en el botón ? (Ayuda). Si activa la opción Suggest, se calcularán los valores sugeridos (según la fórmula indicada en la ventana emergente de información de cada tipo de terminación) y se mostrarán en gris. Puede aceptar estos valores o desactivar la opción Suggest e introducir sus propios valores según sea necesario.
• Si desea ejecutar el análisis con un barrido de valores para los componentes de terminación, asegúrese de que la opción Perform Sweep esté habilitada y establezca el número de Sweep Steps necesarios al ejecutar los análisis. Los valores utilizados en cada barrido del análisis dependerán de los valores mínimo y máximo introducidos y del valor elegido en el campo Sweep Steps (por ejemplo, si Sweep Steps se establece en 2, la primera pasada del análisis utilizará el valor mínimo y la segunda, el máximo). Tenga en cuenta que se generará un conjunto independiente de formas de onda para cada barrido, a efectos de comparación.

Colocación de una terminación en el esquema

Una vez creadas las formas de onda y determinada la terminación óptima, puede ser conveniente colocar dicha terminación directamente en la hoja del esquema. Esto puede hacerse mediante el menú contextual de la lista Termination. Tenga en cuenta que cualquier colocación solo se aplicará a la red seleccionada actualmente.

Si desea colocar el circuito de terminación seleccionado en el esquema en lugar de utilizarlo únicamente como «terminación virtual»:

1. Haga clic con el botón derecho en la sección Termination del panel Signal Integrity y seleccione Place on Schematic.

2. Se abrirá el cuadro de diálogo Place Termination, que permite configurar diversas propiedades, como qué componentes de biblioteca utilizar para los elementos de terminación, si se utilizará la colocación automática o manual, si se colocarán en todos los pines aplicables o solo en el pin seleccionado y los valores exactos que se utilizarán para los componentes. Haga clic en OK para continuar.

   
   El cuadro de diálogo Place Termination

3. El analizador de integridad de señal localiza el documento de esquema de origen al que pertenece el pin. A continuación, en un espacio libre del documento, añadirá los componentes necesarios con los valores correctos (resistencias, condensadores o lo que se requiera) y los objetos de alimentación. Conecte este circuito de terminación al pin correspondiente en el esquema.

Tenga en cuenta que, después de esto, probablemente aún será necesario conectar correctamente los componentes al pin. Además, si también hay una PCB asociada, será necesario sincronizar estos componentes y enrutarlos en la PCB. Sincronice la PCB para añadir también estos componentes seleccionando Design » Update PCB.

Ejecución de los análisis

Una vez configuradas las redes según sea necesario (y seleccionadas las opciones de terminación), haga clic en el botón Reflections o Crosstalks del panel Signal Integrity para generar las formas de onda.

• Para un análisis de reflexiones, se pueden simular una o varias redes. Sin embargo, conviene mantener una cantidad razonable, ya que el tiempo de análisis aumentará considerablemente al analizar un gran número de redes.

  El analizador de integridad de señal calcula las tensiones en los nodos de una red utilizando la información de enrutado y de capas de la PCB, así como los modelos de búfer de E/S de los controladores y receptores asociados. Un solucionador de campos 2D calcula automáticamente la caracterización eléctrica de las líneas de transmisión. El modelado supone que las pérdidas en el trayecto de corriente continua son lo suficientemente pequeñas como para ignorarlas.

• Para un análisis de diafonía, deben incluirse al menos dos redes. Normalmente se consideran dos o tres redes a la vez al realizar un análisis de diafonía, por lo general una red y sus dos vecinas inmediatas.

  El nivel de diafonía (o la magnitud de la EMI) es directamente proporcional a las reflexiones en una línea de señal. Si se cumplen las condiciones de calidad de la señal y las reflexiones se reducen a un nivel prácticamente despreciable mediante una terminación correcta de la señal, es decir, si la señal llega a su destino con una dispersión mínima, también se minimizará la diafonía. Consulte Terminaciones para obtener más información.

  El análisis de diafonía solo es posible al realizar un análisis de integridad de señal posterior al trazado desde un documento de diseño de PCB. Esto se debe a que este tipo de análisis requiere redes enrutadas.

Tras hacer clic en un botón, comienza el análisis y se genera un archivo de datos de simulación (<ProjectName>.sdf). Este archivo se abre en una pestaña independiente y muestra los resultados de los análisis en el editor SimData.

Consulte Trabajo con los resultados del análisis de integridad de señal para obtener más información.