Configuration et exécution d’une analyse d’intégrité du signal

Une fois la conception préparée pour une analyse d’intégrité du signal conformément aux besoins, configurez et exécutez l’analyse comme décrit sur cette page.

Configuration des options d’intégrité du signal

Lorsque vous sélectionnez Tools » Signal Integrity et que des modèles sont attribués à tous les composants, la boîte de dialogue SI Setup Options s’affiche la première fois que vous exécutez cette commande dans un projet ouvert.

La boîte de dialogue SI Setup Options

1. Définissez l’impédance et la longueur moyenne des pistes selon les besoins. Ces caractéristiques de routage ne sont nécessaires que si certains nets n’ont pas encore été transférés sur un PCB ou si le PCB contient des nets non routés.

   Notez que les onglets Supply Nets et Stimulus ne s’affichent qu’en mode schéma seul.
2. Cliquez sur Analyze Design pour lancer l’analyse préliminaire par défaut et afficher le panneau Signal Integrity, dans lequel vous pourrez sélectionner les nets à analyser pour les réflexions ou la diaphonie.

Les quatre règles de tolérance par défaut ainsi que toutes les règles d’intégrité du signal définies dans le schéma ou le PCB sont activées et appliquées lors de la première analyse de la conception. Ces tolérances peuvent être définies ultérieurement dans le panneau Signal Integrity en cliquant sur le bouton Menu et en sélectionnant Set Tolerances.

Options de configuration de l’intégrité du signal en mode schéma seul

Si le projet ne contient aucun PCB, vous pouvez modifier les options de configuration de l’intégrité du signal à tout moment en cliquant sur le bouton Menu dans le panneau Signal Integrity et en sélectionnant Setup Options. La boîte de dialogue SI Setup Options s’affiche.

L’onglet Track Setup permet de configurer la longueur par défaut des pistes pour la simulation. Ce paramètre n’est pas utilisé lorsqu’un PCB est présent, car le PCB utilise des règles de largeur ; autrement dit, si l’option Use Manhattan length est désactivée, le PCB utilise cette valeur. Définissez également Track Impedance dans cet onglet.

Cliquez sur les onglets Supply Nets et Stimulus pour afficher et activer les informations relatives aux règles de net et de stimulus. Ces onglets offrent une autre interface pour définir ces caractéristiques, en complément de la méthode habituelle consistant à définir des règles sur le PCB ou le schéma.

Les onglets de la boîte de dialogue SI Setup Options en mode schéma seul

Utilisation du panneau d’intégrité du signal

Une fois la configuration initiale effectuée, le panneau Signal Integrity est rempli avec les données de l’analyse préliminaire qui vient d’être exécutée. Les résultats de cette analyse ainsi que l’indication des nets ayant réussi les différents tests sont affichés dans la liste située à gauche du panneau. Les nets problématiques peuvent ensuite être analysés plus en détail en exécutant des analyses rapides de réflexion et de diaphonie. La possibilité d’ajouter des terminaisons virtuelles vous permet de déterminer les circuits supplémentaires à intégrer à la conception pour résoudre ces problèmes et ainsi optimiser l’intégrité du signal.

Le panneau Signal Integrity permet de configurer et de contrôler le processus d’analyse de l’intégrité du signal.

Affichage des résultats de l’analyse préliminaire

L’analyse préliminaire fournit une simulation rapide de nombreux nets afin d’obtenir davantage d’informations et d’identifier les nets critiques nécessitant un examen approfondi, tel qu’une analyse détaillée des réflexions et/ou de la diaphonie. La liste située à gauche affiche les résultats de cette analyse sous forme de tableau. Pour chaque net de la conception, les informations suivantes peuvent être affichées dans les colonnes :

Utilisez le bouton Menu ou faites un clic droit dans le tableau pour accéder au sous-menu Show/Hide Columns, dans lequel vous pouvez activer ou désactiver l’affichage des colonnes de données selon les besoins.

Chaque net peut appartenir à l’une des trois catégories suivantes : Passed, Failed ou Not Analyzed.

	Un net Passed présente des valeurs toutes comprises dans les limites définies par les tests.
	Un net Failed présente au moins une valeur en dehors des niveaux de tolérance définis. Toutes les valeurs non conformes sont affichées en jaune.
	Un net Not Analyzed n’a pas pu faire l’objet d’une analyse préliminaire pour une raison donnée. Pour afficher cette raison, activez la colonne Analysis Errors.

Nets en échec

Les raisons courantes empêchant l’analyse préliminaire d’un net sont notamment la présence d’un connecteur, d’une diode ou d’un transistor, ainsi que l’absence de broches de sortie ou la présence de plusieurs broches de sortie. Lorsqu’un net contenant des broches bidirectionnelles ne comporte aucune broche de sortie dédiée, chaque broche bidirectionnelle est simulée séparément comme une broche de sortie. Le résultat le plus défavorable de ces simulations est affiché.

Les nets peuvent présenter d’autres erreurs qui entraîneront des résultats d’analyse incorrects, tant lors de l’analyse préliminaire que lors des simulations ultérieures. La ligne entière de ces nets apparaît en rouge. Par ailleurs, les nets qui ont été simulés (c’est-à-dire ceux qui ne sont pas encore routés sur un PCB) apparaissent en gris clair.

Vérification des nets en échec ou non analysés

Pour afficher la cause de l’échec ou de l’absence d’analyse d’un net :

• Si la ligne entière d’un net est surlignée en rouge, sélectionnez-la, puis faites un clic droit et sélectionnez Show Errors. Cette action ajoute également des messages dans le panneau Messages, à partir desquels vous pouvez effectuer une navigation croisée pour corriger les problèmes.

  

• Pour afficher toutes les informations disponibles sur un net sélectionné, faites un clic droit et sélectionnez Details. La boîte de dialogue Full Details affiche tous les résultats de l’analyse préliminaire pouvant figurer dans le tableau des résultats, ainsi que les informations suivantes :
  • Component Count – nombre de composants dont les pastilles sont connectées au net sélectionné.
  • Track Count – nombre de segments de piste routés individuels constituant l’ensemble du net routé.
  • Minimum Impedance (Ohms) – impédance minimale du net, compte tenu des impédances individuelles de tous ses segments de piste.
  • Maximum Impedance (Ohms) – impédance maximale du net, compte tenu des impédances individuelles de tous ses segments de piste.

  

• Sélectionnez Cross Probe dans le menu contextuel (ou cliquez sur Menu) pour effectuer une navigation croisée vers le net sélectionné dans le schéma ou sur le PCB.

  Utilisez le raccourci clavier F4 pour afficher ou masquer le panneau Signal Integrity (ainsi que les autres panneaux actuellement en mode « flottant »), afin de passer rapidement du panneau à votre conception.
• Pour afficher les nets couplés à un net unique ou à un groupe de nets, sélectionnez les nets souhaités, puis faites un clic droit et sélectionnez Find Coupled Nets. Tous les nets couplés aux nets sélectionnés seront alors sélectionnés. Les critères déterminant quels nets sont considérés comme couplés peuvent être configurés dans la boîte de dialogue Signal Integrity Preferences (accessible en cliquant sur le bouton Menu et en sélectionnant Preferences dans le panneau Signal Integrity).
• Les informations utiles peuvent être copiées dans le presse-papiers et collées dans d’autres applications pour être traitées ou intégrées à des rapports. Sélectionnez les nets souhaités et choisissez Copy dans le menu contextuel. Vous pouvez également personnaliser les informations affichées en choisissant les colonnes à afficher à l’aide de la commande Show/Hide Columns du menu contextuel.
• Un rapport présentant les résultats générés par l’analyse est également disponible en sélectionnant Display Report dans le menu contextuel du panneau Signal Integrity. Cette action ouvre le fichier de rapport Signal Integrity Tests Report.txt dans l’éditeur de texte et l’ajoute au projet.

Configuration des préférences

Vous pouvez définir diverses préférences qui s’appliquent à toutes les analyses que vous avez définies. Elles comprennent les paramètres généraux, la méthode d’intégration et les seuils de précision. Toute modification des préférences s’applique à l’ensemble des projets.

Cliquez sur le bouton Menu dans le panneau Signal Integrity et sélectionnez Preferences pour ouvrir la boîte de dialogue Signal Integrity Preferences.

La boîte de dialogue Signal Integrity Preferences

• Utilisez l’onglet General pour définir les options de gestion des erreurs qui affichent des conseils et/ou des avertissements lorsque la conception présente des erreurs liées à l’exécution d’une analyse d’intégrité du signal. Tous les conseils ou avertissements générés sont répertoriés sous forme de messages dans le panneau Messages. Si l’option Show Warnings est activée et que des avertissements sont présents, une boîte de dialogue de confirmation s’affiche lorsque vous tentez d’accéder au panneau Signal Integrity. Vous pouvez également choisir de masquer le panneau Signal Integrity après avoir demandé l’affichage des formes d’onde. Vous pouvez aussi définir les unités par défaut des mesures d’intégrité du signal et indiquer si les titres des tracés et les graphiques FFT doivent apparaître lorsque les formes d’onde obtenues sont affichées dans l’éditeur SimData.

• L’onglet Configuration définit divers seuils liés à la simulation, tels que la distance maximale entre les nets couplés et la longueur minimale d’une section pour qu’elle soit considérée comme couplée.

• L’onglet Integration définit la méthode d’intégration numérique utilisée pour l’analyse. La méthode Trapezoidal est relativement rapide et précise, mais tend à osciller dans certaines conditions. Les méthodes Gear nécessitent des temps d’analyse plus longs, mais tendent à être plus stables. L’utilisation d’un ordre de Gear plus élevé conduit théoriquement à des résultats plus précis, mais augmente le temps d’analyse. La valeur par défaut est Trapezoidal.

• L’onglet Accuracy de la boîte de dialogue Signal Integrity Preferences définit les seuils de tolérance et les limites de divers algorithmes de calcul intervenant dans l’analyse.

  Options de précision

  Option	Description
  RELTOL	Tolérance relative pour le calcul des valeurs de courant et de tension
  ABSTOL	Tolérance absolue pour le calcul des valeurs de courant
  VNTOL	Tolérance absolue pour le calcul des valeurs de tension
  TRTOL	Facteur d’estimation de l’erreur d’intégration
  NRVABS	Limite de l’erreur de troncature avec l’algorithme de Newton-Raphson
  DTMIN	Pas de temps minimal autorisé
  ITL	Nombre maximal d’itérations avec l’algorithme de Newton-Raphson
  LIMPTS	Nombre maximal de paires de valeurs dans le fichier de sortie pour chaque courbe de tension

• Utilisez l’onglet DC Analysis pour définir les seuils de tolérance et les limites de divers paramètres associés à l’analyse en courant continu.

Définition des tolérances

Des tests par défaut de dépassement et de sous-dépassement sont définis, car ces caractéristiques sont probablement les plus pertinentes pour déterminer quels nets risquent d’être les plus problématiques. Les quatre règles de tolérance par défaut, ainsi que toutes les règles d’intégrité du signal définies dans le schéma ou sur le PCB, sont activées et exécutées lors de la première analyse de la conception. Pour activer ou désactiver ces règles, cliquez sur le bouton Menu dans le panneau Signal Integrity et sélectionnez Set Tolerances. La boîte de dialogue Set Screening Analysis Tolerances s’affiche.

La boîte de dialogue Set Screening Analysis Tolerances

Cochez la case Enabled en regard d’un type de règle pour que cette règle soit exécutée lors de l’analyse de la conception.

Cliquez sur PCB Signal Integrity Rules (si vous n’êtes pas en mode schéma uniquement) pour ouvrir la boîte de dialogue PCB Rules and Constraints Editor, dans laquelle vous pouvez ajouter ou modifier les règles d’intégrité du signal nécessaires. Cliquez sur OK jusqu’à revenir au panneau Signal Integrity.

Préparation des analyses

Avant de lancer les analyses, vous devez sélectionner les nets à analyser plus en détail. Vous pouvez également modifier les buffers pour consulter ou changer la technologie des composants et les propriétés des broches, et ajouter des terminaisons aux nets si nécessaire.

Sélection des nets à analyser

Pour effectuer une analyse plus approfondie des nets (réflexion et/ou diaphonie), les nets doivent être sélectionnés dans la liste de droite du panneau Signal Integrity. Double-cliquez sur un net dans la liste de gauche pour le sélectionner et le déplacer vers la liste de droite. Vous pouvez également utiliser les boutons fléchés pour sélectionner ou désélectionner les nets en les déplaçant d’une liste à l’autre. Vous pouvez sélectionner plusieurs nets dans la liste de gauche en maintenant la touche Shift ou Ctrl enfoncée.

Vous pouvez effectuer un pointage croisé vers les nets sélectionnés dans le document schématique ou PCB correspondant en sélectionnant les options Cross Probe dans le menu contextuel. Le document cible devient actif dans l’espace de conception et les nets sélectionnés s’affichent selon les méthodes de mise en évidence définies sur la page System – Navigation de la boîte de dialogue Preferences.

Une fois les nets sélectionnés, vous pouvez les configurer davantage avant de lancer une simulation.

Définition des nets victimes et agresseurs

Dans le cas des analyses de diaphonie, il est nécessaire de définir un net victime ou agresseur. Notez qu’en raison de la nature de l’analyse, cette fonctionnalité n’est disponible que lorsque deux nets ou plus ont été sélectionnés (déplacés vers la liste de droite).

Sélectionnez un net dans la liste de droite, faites un clic droit et sélectionnez Set Aggressor ou Set Victim selon les besoins. L’état des nets est mis à jour. Pour annuler cette définition, sélectionnez Clear Status dans le menu contextuel.

Définition du sens des broches bidirectionnelles

Vous pouvez définir le sens des broches bidirectionnelles d’un net donné. Pour ce faire, sélectionnez le net concerné dans la liste en haut à droite. La liste des broches de ce net s’affiche alors en dessous. Dans cette liste, modifiez l’état entrée/sortie de chaque broche bidirectionnelle sélectionnée en faisant un clic droit et en choisissant un état dans le menu contextuel. Ces paramètres d’entrée/sortie seront enregistrés avec le projet pour la prochaine utilisation de ce panneau.

Vous pouvez également effectuer un pointage croisé vers la broche/pastille dans le document schématique ou PCB correspondant en sélectionnant les options Cross Probe dans le menu contextuel. Le document cible devient actif dans l’espace de conception et la broche/pastille sélectionnée s’affiche selon les méthodes de mise en évidence définies sur la page System – Navigation de la boîte de dialogue Preferences.

Modification des buffers

Vous pouvez souhaiter consulter ou modifier la technologie du composant et les propriétés de ses broches, telles que les modèles d’entrée et de sortie et le sens des broches. Vous ne pouvez modifier que les composants connectés au net actuellement sélectionné dans la liste de droite. L’option Edit Buffer du menu contextuel de la liste des broches permet d’accéder à la boîte de dialogue des données du composant.

La boîte de dialogue et les options affichées dépendent du type de composant auquel appartient la broche, par exemple une résistance, un circuit intégré, un transistor bipolaire, etc. La boîte de dialogue Integrated Circuit présentée correspond à un composant de type circuit intégré.

La boîte de dialogue Integrated Circuit

Le choix des paramètres Technology et Direction d’une broche affiche une liste de modèles d’entrée et/ou de sortie appropriés parmi lesquels choisir. Les modifications de la technologie et du sens ne sont utilisées que localement dans l’analyse et ne sont pas enregistrées lorsque le panneau est réinitialisé.

Les champs Technology, Input Model et Output Model du composant sont contextuels. Lorsque vous choisissez une technologie de composant, les modèles par défaut du composant sont issus de cette technologie. Notez que si des modèles de broches spécifiques ont déjà été attribués (par exemple lors de l’importation d’un modèle IBIS), la modification de la technologie du composant ne réattribue pas les modèles de ces broches.

Terminaisons

Les oscillations visibles sur la forme d’onde d’un signal sont dues à des réflexions multiples sur la ligne de transmission (piste) associée. Ces réflexions, ou oscillations parasites, surviennent le plus souvent dans les conceptions de PCB en raison d’une désadaptation d’impédance entre l’émetteur et le récepteur, généralement lorsque l’émetteur présente une faible impédance et le récepteur une impédance élevée.

Pour obtenir un signal de bonne qualité au niveau de la charge, il faudrait idéalement qu’il n’y ait aucune réflexion (aucune oscillation parasite). L’utilisation d’une terminaison permet de réduire les oscillations parasites à un niveau acceptable pour la conception.

Le panneau Signal Integrity intègre un assistant de terminaison qui permet d’insérer des « terminaisons virtuelles » dans un net, à un emplacement que vous définissez. Vous pouvez ainsi tester différentes stratégies de terminaison sans modifier physiquement votre carte.

Les simulations de terminaison disponibles sont les suivantes :

• 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

Chaque type de terminaison peut être activé ou désactivé dans la liste des terminaisons. Plusieurs types de terminaison peuvent être activés lors des analyses de réflexion et de diaphonie ; un ensemble distinct de formes d’onde est alors généré pour chacun. Cela vous permet de déterminer la meilleure terminaison à ajouter à la conception pour obtenir une qualité de signal optimale sur les lignes de transmission et ainsi réduire les réflexions (oscillations parasites) à un niveau acceptable.

Lorsqu’une analyse de réflexion ou de diaphonie est exécutée, chaque type de terminaison activé est testé et produit un ensemble distinct de formes d’onde. Lorsque la terminaison Serial Res est utilisée, elle est placée sur toutes les broches de sortie du net sélectionné. Pour les autres types de terminaison, elle est placée sur toutes les broches d’entrée du net.

Pour obtenir les meilleurs résultats avec les terminaisons, il faut également définir la valeur des composants concernés en fonction des caractéristiques du net.

• Lorsqu’une terminaison est sélectionnée, un diagramme la représentant s’affiche en dessous. Ce diagramme permet de définir les valeurs minimales et maximales des résistances et des condensateurs utilisés dans les terminaisons.
• Les valeurs minimales et maximales sont utilisées lorsque le nombre de balayages (indiqué dans la liste des terminaisons) est supérieur à un.
• Pour en savoir plus sur un type de terminaison, sélectionnez-le et cliquez sur le bouton ? (Aide). Si vous activez l’option Suggest, des valeurs suggérées sont calculées (selon la formule indiquée dans la fenêtre d’information de chaque type de terminaison) et affichées en gris. Vous pouvez accepter ces valeurs ou désactiver l’option Suggest et saisir vos propres valeurs selon les besoins.
• Si vous souhaitez exécuter l’analyse avec un balayage des valeurs des composants de terminaison, assurez-vous que l’option Perform Sweep est activée et définissez le nombre de Sweep Steps souhaité pour l’exécution des analyses. Les valeurs utilisées à chaque passe du balayage dépendront des valeurs minimale et maximale saisies et de la valeur choisie dans le champ Sweep Steps (par exemple, si Sweep Steps est défini sur 2, la première passe de l’analyse utilisera la valeur minimale et la seconde, la valeur maximale). Notez qu’un ensemble distinct de formes d’onde sera généré à chaque passe du balayage à des fins de comparaison.

Placement d’une terminaison sur le schéma

Une fois les formes d’onde créées et la terminaison optimale déterminée, il peut être souhaitable de placer cette terminaison directement sur la feuille de schéma. Pour ce faire, utilisez le menu contextuel accessible par clic droit dans la liste Termination. Notez que tout placement ne s’appliquera qu’au net actuellement sélectionné.

Si vous souhaitez placer le circuit de terminaison sélectionné sur le schéma plutôt que de l’utiliser uniquement comme « terminaison virtuelle » :

1. Faites un clic droit dans la section Termination du panneau Signal Integrity et sélectionnez Place on Schematic.

2. La boîte de dialogue Place Termination s’affiche et permet de définir diverses propriétés : les composants de bibliothèque à utiliser pour les éléments de terminaison, le placement automatique ou manuel, le placement sur toutes les broches concernées ou uniquement sur la broche sélectionnée, ainsi que les valeurs exactes à utiliser pour les composants. Cliquez sur OK pour continuer.

   
   La boîte de dialogue Place Termination

3. L’analyseur d’intégrité du signal retrouve le document schématique source auquel appartient la broche. Il ajoute ensuite, dans un espace libre du document, les composants nécessaires avec les valeurs appropriées (résistances, condensateurs ou tout autre composant requis), ainsi que les objets d’alimentation. Connectez ce circuit de terminaison à la broche appropriée dans le schéma.

Notez qu’il sera probablement encore nécessaire de raccorder correctement les composants à la broche après cette opération. En outre, si un PCB est également associé au projet, ces composants devront être synchronisés et routés sur le PCB. Synchronisez le PCB pour y ajouter également ces composants en sélectionnant Design » Update PCB.

Exécution des analyses

Une fois les nets configurés selon les besoins (et les éventuelles options de terminaison choisies), cliquez sur le bouton Reflections ou Crosstalks dans le panneau Signal Integrity pour générer les formes d’onde.

• Pour une analyse des réflexions, un ou plusieurs nets peuvent être simulés. Il convient toutefois d’en limiter raisonnablement le nombre, car le temps d’analyse augmente considérablement lorsqu’un grand nombre de nets est analysé.

  L’analyseur d’intégrité du signal calcule les tensions aux nœuds d’un net à partir des informations de routage et de couches du PCB et des modèles de tampons d’E/S des émetteurs et récepteurs associés. Un solveur de champ 2D calcule automatiquement les caractéristiques électriques des lignes de transmission. La modélisation suppose que les pertes en courant continu sont suffisamment faibles pour être négligées.

• Pour une analyse de diaphonie, au moins deux nets doivent être pris en compte. Généralement, deux ou trois nets sont étudiés à la fois lors d’une analyse de diaphonie, le plus souvent un net et ses deux voisins immédiats.

  Le niveau de diaphonie (ou l’ampleur des interférences électromagnétiques) est directement proportionnel aux réflexions sur une ligne de signal. Si les conditions de qualité du signal sont remplies et si les réflexions sont ramenées à un niveau quasi négligeable grâce à une terminaison correcte du signal, celui-ci parvient à sa destination avec une dispersion minimale et la diaphonie est également réduite au minimum. Pour plus d’informations, consultez Terminaisons.

  L’analyse de diaphonie n’est possible que dans le cadre d’une analyse d’intégrité du signal après routage, effectuée à partir d’un document de conception de PCB. En effet, ce type d’analyse nécessite des nets routés.

Après avoir cliqué sur un bouton, l’analyse démarre et un fichier de données de simulation (<ProjectName>.sdf) est généré. Ce fichier s’ouvre dans un onglet distinct et affiche les résultats des analyses dans l’éditeur SimData.

Consultez Utilisation des résultats d’analyse d’intégrité du signal pour en savoir plus.