Defining High Speed Signal Paths with xSignals

Le défi

Avec l’augmentation constante des vitesses de commutation des dispositifs vient le défi de préserver l’intégrité du signal et de respecter les exigences de temporisation du signal. L’intégrité du signal peut être maîtrisée grâce au routage à impédance contrôlée, obtenu par une conception soignée à la fois de l’empilage du PCB et des largeurs de routage à utiliser sur chaque couche.

Les exigences de temporisation sont satisfaites en appariant les longueurs routées des chemins de signal. Pour un ensemble de chemins de signal à 2 broches, chacun allant d’une broche de sortie à une seule broche d’entrée, le calcul et la comparaison des longueurs sont un processus simple. Ce n’est toutefois pas le cas pour de nombreuses solutions de conception typiques où il peut y avoir un composant de terminaison série dans le chemin du signal, ou plus de deux broches dans le signal, qui pourrait alors être routé selon une topologie en T équilibré ou en Fly-By, comme illustré dans l’image ci-dessous.

Quatre puces de RAM DDR2 routées selon une topologie en T équilibré. ##

La solution

Le travail du concepteur consiste à traduire ses exigences de conception, telles que la longueur maximale de routage autorisée pour respecter le budget de temporisation, en un ensemble de règles de conception, comme une règle de longueur pour garantir le respect de la temporisation, et une règle de longueurs appariées pour détecter d’éventuels écarts de temporisation.

Désormais, le concepteur voit les signaux en fonction de leur rôle (par ex. « Ce signal d’adresse doit être routé de ce connecteur vers chaque composant mémoire. Pour y parvenir, je vais utiliser une topologie fly-by avec une résistance de terminaison à l’extrémité. Il se peut aussi que j’aie besoin d’un terminateur série à la source »). Même si l’adresse A0 traverse une résistance de terminaison, pour le concepteur, ce signal reste A0 de l’autre côté de cette résistance.

Mais l’éditeur PCB voit chaque signal simplement comme un ensemble de broches connectées (communément appelé un net) — le net A0 va de cette broche de connecteur à cette broche de composant mémoire, puis à cette autre broche de composant mémoire, et ainsi de suite. Dès qu’une résistance de terminaison série est ajoutée, cette ligne d’adresse devient deux nets distincts. Cela complique la tâche du concepteur lorsqu’il doit spécifier des exigences de conception clés, telles que les règles de longueur et de longueurs appariées.

Cela peut être géré par une fonctionnalité appelée xSignals  (ou extendu Signal). Cette fonctionnalité permet de traiter correctement un chemin de signal haute vitesse comme ce qu’il est réellement : un chemin permettant à un signal de voyager entre une source et une destination, à travers des composants de terminaison ainsi que des branches.

Création d’un nouvel xSignal

Un xSignal est un chemin de signal défini par le concepteur entre deux nœuds; il peut s’agir de deux nœuds au sein du même net ou de deux nœuds dans des nets différents.

Les xSignals sont définis à l’aide des méthodes suivantes :

1. Utilisez le xSignals Multi-Chip Wizard. Ce sera l’approche la plus courante pour créer des xSignals et elle est décrite ci-dessous.

Sinon, les méthodes suivantes s’utilisent en sélectionnant d’abord les objets concernés, puis en choisissant la commande appropriée :

2. Créer un seul xSignal à partir des pastilles sélectionnées. Sélectionnez la pastille de départ et la pastille d’arrivée requises (ces pastilles peuvent appartenir à des nets différents s’il existe un composant de terminaison série). Les pastilles peuvent être sélectionnées directement dans l’espace de conception, ou le panneau PCB peut être utilisé en mode Nets pour localiser et sélectionner les pastilles (comme illustré dans l’image ci-dessous). Une fois les pastilles sélectionnées, faites soit un clic droit sur une pastille sélectionnée dans l’espace de conception puis exécutez la commande xSignals » Create xSignal from Selected Pins, soit un clic droit sur l’une des pastilles sélectionnées dans le panneau PCB et exécutez la commande Create xSignal. Le nouvel xSignal sera répertorié dans le mode xSignals du panneau PCB.

   Lorsque vous définissez un xSignal à partir de broches sélectionnées (pastilles d’empreinte), sélectionnez uniquement la pastille de départ et la pastille d’arrivée avant d’exécuter la commande Create.

   Le nom du nouvel xSignal sera une combinaison des deux noms de net, séparés par un trait d’union. Le nom du xSignal peut être modifié dans le mode xSignals du panneau PCB.

   Le nouvel xSignal peut être ajouté à une classe de xSignals ; faites un clic droit dans la zone xSignal Classes du panneau pour créer une nouvelle classe et y ajouter des membres.

3. Sélectionnez le composant source, puis faites un clic droit sur le composant sélectionné et choisissez la commande xSignal » Create xSignals between Components dans le menu contextuel. La boîte de dialogue Create xSignals Between Components s’ouvrira, avec le composant source choisi sélectionné. Cette boîte de dialogue est décrite ci-dessous.
4. Sélectionnez un ou plusieurs composants série dans l’espace de conception puis faites un clic droit sur l’un des composants sélectionnés et choisissez la commande xSignal » Create xSignals from Connected Nets dans le menu contextuel. La boîte de dialogue Create xSignals From Connected Nets s’ouvrira. Le composant source choisi, ainsi que les nets connectés à ce composant, seront sélectionnés. Cette boîte de dialogue est décrite ci-dessous.
5. Il peut également y avoir des situations où vous souhaitez créer un xSignal à l’intérieur d’un xSignal existant ; dans ce cas, le mode xSignal du panneau PCB peut être utilisé. Assurez-vous que l’option Select est activée en haut du panneau, localisez le xSignal actuel, sélectionnez les pastilles requises dans la section xSignal Primitives du panneau, puis faites un clic droit sur l’une des pastilles sélectionnées dans l’espace de conception et utilisez la méthode décrite à l’étape 2 de cette liste pour terminer le processus.

Sélectionnez les deux pastilles dans le mode Nets du panneau, faites un clic droit sur l’une des pastilles sélectionnées puis choisissez Create xSignal. Notez que les pastilles appartiennent à des nets différents.

Assistant xSignals multi-puces

Le xSignals Multi-Chip Wizard est utilisé pour créer des xSignals entre un seul composant source et plusieurs composants cibles. Le Wizard utilise une approche orientée composants pour identifier les xSignals potentiels : vous sélectionnez un seul composant source, les nets concernés et les composants cibles, puis le Wizard analyse tous les chemins potentiels depuis le composant source jusqu’aux composants de destination, en passant par des composants passifs série et le long de toutes les branches. En tant que concepteur, vous pouvez ensuite choisir les xSignals que vous souhaitez générer et vous pouvez également créer des règles de conception de longueurs appariées si nécessaire. Le Wizard peut aussi être utilisé pour créer automatiquement des xSignals et des classes de xSignals pour un certain nombre de circuits d’interface et de mémoire courants.

L’assistant est également un outil à exécutions multiples : à partir du groupe maître global de xSignals que vous créez initialement sur la page xSignal Routes, vous pouvez sélectionner un sous-ensemble de ceux-ci, définir des classes et des règles, puis revenir au groupe maître, choisir un autre sous-ensemble, définir des classes et des règles pour celui-ci, et ainsi de suite.

L’un des grands atouts du Wizard est la facilité de travail entre le Wizard et l’éditeur PCB. Cliquez sur un xSignal sur n’importe quelle page de l’assistant et les pastilles ainsi que tout routage sont mis en évidence visuellement sur le PCB.

À ce stade, l’assistant ne prend pas en charge l’ajout automatique d’identifiants de jonction en T, souvent appelés points de liaison ou points de branchement. Si votre conception inclut un routage ramifié, il est suggéré de :

1. Ajuster la longueur depuis le composant source jusqu’au composant passif (comme une résistance de terminaison série), s’il y en a.
2. Ajuster la longueur dans chaque branche, depuis la jonction en T jusqu’au composant de destination.
3. Si nécessaire, ajuster la longueur restante entre le composant passif (ou depuis la source s’il n’y a pas de composants passifs) et la jonction en T.

Pour accéder au xSignals Multi-Chip Wizard, sélectionnez la commande Design » xSignals » Run xSignals Wizard dans les menus principaux ou faites un clic droit dans la disposition PCB puis sélectionnez xSignals » Run xSignals Wizard. La page d’ouverture de l’assistant s’affichera.

La page d’ouverture du xSignals Multi-Chip Wizard

Modes de l’assistant xSignals multi-puces

Sur la deuxième page du Wizard, il vous sera demandé de sélectionner soit Custom Multi-Component Interconnect, On-Board DDR3 / DDR4, ou USB 3.0. Le mode Custom Multi-Component Interconnect est utilisé pour définir plusieurs xSignals entre un composant source choisi et plusieurs composants cibles, tandis que le mode On-Board DDR3 / DDR4 est utilisé pour créer des xSignals pour votre mémoire DDR3 ou DDR4. Le mode USB 3.0 crée les xSignals, les classes de xSignals et les règles de longueurs appariées pour chaque canal USB 3.0. Sélectionnez le mode approprié à vos besoins.

Boîte de dialogue Create xSignals Between Components

Si vous avez un grand nombre de xSignals à définir, il est plus efficace d’utiliser la boîte de dialogue Create xSignals Between Components. Accessible via la commande Design » xSignals » Create xSignals, cette boîte de dialogue présente les composants source et destination, et vous permet de créer un ou plusieurs xSignals en une seule opération.

Utilisez cette boîte de dialogue pour identifier et créer rapidement plusieurs xSignals et les ajouter à la classe xSignal requise.

L’approche consiste à :

1. Sélectionner un seul Source Component.
2. Sélectionner une ou plusieurs Destination Components requises.
3. Sélectionner le Source Net(s) d’intérêt. Tous les nets actuellement connectés au composant source choisi seront répertoriés. Pour les nets associés à une classe spécifique, choisissez cette classe dans la liste déroulante Net Class.
4. Cliquez sur le bouton Analyze. Le logiciel tente d’identifier les xSignals potentiels qui existent entre les composants source et destination choisis pour les nets sélectionnés. Tous les xSignals possibles qui incluent les nets choisis et s’étendent entre les composants source et destination choisis seront répertoriés dans le champ xSignals. Notez que l’algorithme d’analyse suit la topologie actuelle des nets choisis et que cela influencera les xSignals proposés.

5. Une fois l’analyse effectuée, les xSignals potentiels sont répertoriés dans la partie inférieure de la boîte de dialogue, et tous sont activés pour la création. Vérifiez attentivement la liste des xSignals proposés et activez uniquement ceux qui sont nécessaires. Utilisez les commandes disponibles dans le menu contextuel accessible par clic droit pour basculer plusieurs entrées.
6. Sélectionnez le class requis en bas de la boîte de dialogue, ou saisissez un nom pour créer une nouvelle classe. Si aucune classe n’est choisie, les xSignals sont tout de même créés et vous pouvez les ajouter à n’importe quelle classe xSignal dans la boîte de dialogue Object Class Explorer (Design » Classes). L’utilisation de classes peut grandement simplifier la création et la configuration des règles de conception.
7. Cliquez sur OK pour créer les xSignals.

La boîte de dialogue se fermera et vous reviendrez à l’espace de conception. Les nouveaux xSignals seront répertoriés dans le mode xSignals du panneau PCB.

Boîte de dialogue Create xSignals From Connected Nets

Si vous créez des xSignals qui incluent des composants de terminaison en série, une bonne approche consiste à utiliser la commande Create xSignals from connected nets. La commande est disponible dès qu’un composant est sélectionné, soit via le sous-menu Design » xSignals des menus principaux, soit via le sous-menu xSignals du clic droit.

Cette commande est conçue pour construire des xSignals à partir d’un composant de terminaison en série sélectionné, tel qu’une résistance ou un condensateur. Elle prend en charge aussi bien un ou plusieurs composants discrets qu’un ou plusieurs composants de type pack à instances multiples, tels que des réseaux de résistances. Après l’exécution de cette commande, la boîte de dialogue Create xSignals From Connected Nets s’ouvre.

Utilisez la boîte de dialogue pour créer des xSignals qui traversent un composant en série sélectionné. Dans cet exemple, deux xSignals possibles ont été proposés, mais un seul va être créé.

L’approche consiste à :

1. Sélectionner un seul Source Component.
2. Sélectionner les Source Net(s) qui vous intéressent. Tous les nets actuellement connectés au composant source choisi seront répertoriés. Pour les nets associés à une classe spécifique, choisissez cette classe dans la liste déroulante Net Class.
3. Cliquez sur le bouton Analyze. Le logiciel tente d’identifier les xSignals potentiels qui existent pour les composants source choisis et pour leurs nets sélectionnés. Tous les xSignals possibles seront répertoriés dans le champ xSignals.
4. Une fois l’analyse effectuée, les xSignals potentiels sont répertoriés dans la partie inférieure de la boîte de dialogue, et tous sont activés pour la création. Vérifiez attentivement la liste des xSignals proposés et activez uniquement ceux qui sont nécessaires. Utilisez les commandes disponibles dans le menu contextuel accessible par clic droit pour basculer plusieurs entrées.
5. Sélectionnez le class requis en bas de la boîte de dialogue, ou saisissez un nom pour créer une nouvelle classe. Si aucune classe n’est choisie, les xSignals sont tout de même créés et vous pouvez les ajouter à n’importe quelle classe xSignal dans la boîte de dialogue Object Class Explorer (Design » Classes). L’utilisation de classes peut grandement simplifier la création et la configuration des règles de conception.
6. Cliquez sur OK pour créer les xSignals.

La boîte de dialogue se fermera et vous reviendrez à l’espace de conception. Les nouveaux xSignals seront répertoriés dans le mode xSignals du panneau PCB.

Le rôle de la topologie du net

Lorsque vous définissez un xSignal, celui-ci se situe entre deux nœuds ou pastilles. Cependant, lorsque vous sélectionnez ce xSignal dans le mode xSignals du panneau PCB, il suivra en réalité le chemin des lignes de connexion entre ces deux pastilles, indiquant qu’il s’agit du chemin que le logiciel suppose pour le routage du xSignal. La raison est qu’il respecte la topologie définie pour ce net. La topologie du net est définie par la règle de conception Routing Topology applicable ; la topologie par défaut est Shortest.

La simple animation montre un CPU connecté à quatre puces mémoire DDR3, qui vont être routées à l’aide d’une stratégie de routage fly-by. La classe xSignal DRAM_A2 contient quatre xSignals. Tout d’abord, la classe est sélectionnée, puis chaque xSignal est sélectionné à son tour. Vous pouvez voir comment le chemin du xSignal suit la topologie du net, qui est actuellement définie sur la valeur par défaut : Shortest.

Comme la topologie du net est actuellement définie sur Shortest, les xSignals ne suivent pas le chemin requis entre le processeur et les puces mémoire.

Commandes de création de xSignals

Outre la commande Design » xSignals » Create xSignals, il existe d’autres commandes de création de xSignals dans le sous-menu xSignals lorsque certaines conditions sont remplies.

Vous trouverez ci-dessous un résumé des commandes et des cas où elles sont disponibles :

Définition du point de branchement dans un motif en T équilibré

L’un des défis d’une stratégie de routage en T équilibré consiste à égaliser la longueur des troncs et des branches au-delà des points en T. Les nœuds disponibles dans le net ne se trouvent qu’au niveau des pastilles ; il n’est donc pas possible de définir des xSignals distincts pour le tronc, puis du point de branchement jusqu’à l’extrémité de chaque branche. Les points de branchement sont indiqués par les points rouges dans l’image ci-dessous.

Une façon de résoudre ce problème consiste à ajouter au net un composant à broche unique. Créez un composant avec une seule pastille ayant la taille des vias utilisés dans la conception. Si la pastille du composant de point de branchement est sur une seule couche, elle peut également être utilisée en combinaison avec un via borgne ou enterré, en la plaçant sur la couche de départ ou d’arrivée du via, ce qui offre une flexibilité totale quant à la manière dont le routage est créé. Si vous souhaitez inclure le composant de point de branchement uniquement sur le PCB, définissez le Type du composant de point de branchement sur Mechanical afin de l’exclure de la nomenclature (BOM) et d’éviter tout problème de synchronisation avec le schéma. Si vous prévoyez d’inclure le composant de point de branchement dans le schéma, le Type du composant peut être défini sur Standard (no BOM).

Le routage en T équilibré peut nécessiter des longueurs appariées entre des points de branchement intermédiaires.

Comme le point de branchement est un nœud du net, vous pouvez désormais définir des xSignals uniquement pour le tronc, pour chaque branche principale et pour chaque branche secondaire, si nécessaire. Ceux-ci peuvent ensuite être utilisés pour définir la portée des règles de conception de longueurs appariées, donnant au concepteur un contrôle total sur la finesse avec laquelle l’appariement des longueurs doit être effectué. 

Gestion des xSignals

Dans le mode du panneau PCB xSignals, ses trois régions principales changent pour refléter la hiérarchie des xSignals de la conception PCB en cours (dans l’ordre depuis le haut) :

• xSignal Classes
• xSignals individuels xSignals au sein d’une classe
• Éléments xSignal Primitives individuels qui constituent un xSignal (pastilles, pistes et vias)

Région des classes de xSignals

La région xSignal Classes répertorie toutes les collections de classes de xSignals qui ont été définies ou toutes les classes disponibles (<All xSignals>).

Sélectionnez une classe pour voir la liste de ses xSignals dans la région centrale (xSignals) et pour les afficher dans l’espace de conception PCB.

Pour créer une nouvelle classe de xSignals à partir de la collection de xSignals existante, cliquez avec le bouton droit dans la région puis sélectionnez Add Class dans le menu contextuel pour ouvrir la boîte de dialogue Edit xSignal Class dialog. La boîte de dialogue répertorie les xSignals disponibles qui peuvent être ajoutés ou supprimés comme membres de la nouvelle classe à l’aide des boutons de gestion. Utilisez le champ Name pour définir un nom approprié pour la nouvelle classe de xSignals.

Créez une classe de xSignals ou ajoutez-y des éléments en ajoutant/supprimant des membres xSignal à l’aide de la boîte de dialogue Edit xSignal Class.

Le menu contextuel accessible par clic droit dans la région du panneau offre également la possibilité de supprimer (Delete) ou de modifier sa représentation visuelle dans l’espace de conception PCB (par exemple, Change xSignal Color).

Région des xSignals

La région centrale du panneau affiche les xSignals de la ou des classes de xSignals sélectionnées dans la région ci-dessus.

Les informations suivantes sont répertoriées avec chaque xSignal par défaut :

• – cette fonctionnalité a deux fonctions :
  • arrière-plan coloré – la couleur attribuée au xSignal (la ligne fine qui représente le xSignal dans l’espace de conception). Cliquez avec le bouton droit pour Change xSignal Color pour tous les xSignals actuellement sélectionnés.
  • case de visibilité – utilisez-la pour toujours afficher le xSignal, qu’il soit actuellement sélectionné ou non.
• Name – nom du xSignal.
• Node Count – le nombre total de pastilles dans ce xSignal.
• Routed Length – la somme des longueurs des segments de piste et d’arc placés qui forment le routage, plus la distance verticale parcourue à travers les vias (voir la note ci-dessous). Le calculateur de longueur routée ne tente pas de résoudre les segments de piste qui se chevauchent ni les ondulations de routage à l’intérieur des pastilles.
• Signal Length – calcul précis de la distance totale de nœud à nœud. Les remarques suivantes s’appliquent aux calculs de longueur de signal :
  • Résout les chevauchements et les ondulations à l’intérieur des pastilles.
  • Gère les chemins de routage créés avec des objets autres que des pistes et des arcs (par ex., une région ou un remplissage).
  • Inclut les distances verticales à travers les vias (voir la note ci-dessous).
  • Inclut le Total Pin/Package Length pour ce xSignal.
  • Inclut le Un-Routed (Manhattan) Length pour ce xSignal.

  • Le non-respect des règles de conception applicables de longueur/longueur appariée est signalé par l’affichage de la longueur du signal sur un arrière-plan coloré : les longueurs de signal trop courtes en jaune, les longueurs de signal trop longues en rouge.

    Voir Length Tuning pour en savoir plus sur la manière dont les règles de conception Length et Matched Length sont appliquées.
• Total Pin/Package Length – la somme de toutes les valeurs de longueur de boîtier de broche (Pin Package Length) dans toutes les pastilles de ce xSignal. Cette valeur est définie comme une propriété de la pastille PCB et peut également être spécifiée dans la broche du schéma.
• Unrouted (Manhattan) Length – la distance verticale plus horizontale (X+Y) de toutes les sections non routées.
• Margin – la différence entre la longueur réelle du signal et la longueur cible du signal définie par les règles de conception applicables de longueur/longueur appariée.

Cliquez avec le bouton droit dans la région puis utilisez le sous-menu Columns pour ajouter la colonne suivante :

• Delay – le temps nécessaire à un signal pour se propager le long de ce trajet.

Région des primitives xSignal

La troisième région du panneau PCB, xSignal Primitives, répertorie tous les éléments constitutifs (primitives) du xSignal actuellement sélectionné.

Cochez la case Show nodes only de la région pour limiter la liste des primitives aux pastilles qui sont les nœuds de point de départ/d’arrivée du xSignal. Dans ce mode, le xSignal sélectionné sera affiché dans l’espace de conception PCB sous forme de pastilles de nœud reliées par une fine ligne (plutôt que par des pistes) représentant le trajet du xSignal.

La région inférieure xSignal Primitives répertorie tous les éléments du xSignal sélectionné, tels que les pastilles, les vias et les pistes, ainsi que leur délai correspondant.

Affichage des xSignals dans l’espace de conception

Les xSignals sont affichés dans l’espace de conception sous forme d’une ligne fine. Cette ligne indique le trajet suivi par le xSignal. La longueur totale de la ligne correspond à la contribution X / Y à la longueur du signal de ce xSignal. La contribution Z, ou verticale, à la longueur totale du signal est décrite ci-dessus.

Dans l’image ci-dessous, les xSignals d’une paire différentielle sont affichés. Le xSignal du membre non sélectionné de la paire reste visible parce que la case à cocher de ce xSignal est activée dans le panneau.

Les xSignals sont représentés dans l’espace de conception par une ligne fine. Les deux xSignals de cette paire différentielle restent visibles même si un seul est sélectionné dans le panneau car la case de visibilité est activée.

Suppression d’un xSignal

Sélectionnez le xSignal dans le panneau puis cliquez sur le bouton Delete sous la liste des xSignals. Vous pouvez également cliquer avec le bouton droit et sélectionner Delete dans le menu contextuel, ou appuyer sur Delete au clavier.

Mots-clés de requête xSignal

L’éditeur PCB inclut un filtering engine puissant et sophistiqué. Ce moteur est utilisé pour identifier les objets lors de la recherche d’objets dans l’espace de conception, de l’application des règles pendant les tâches de conception interactives et automatiques, ainsi que pour vérifier la conformité aux règles. Le concepteur indique au moteur de filtrage quels objets l’intéressent en rédigeant une requête, à l’aide de mots-clés de requête reconnus par le moteur de filtrage.

Les mots-clés de requête de type xSignal suivants ont été ajoutés pour être utilisés dans les règles de conception et les filtres de l’espace de conception :

Mots-clés de type vérification d’appartenance

• InxSignal - L’objet appartient-il au xSignal spécifié, par ex., InxSignal('DRAM_A0_PP1')
• InxSignalClass - L’objet appartient-il à la classe de xSignals spécifiée, par ex., InxSignalClass('PCIE')
• IsxSignal - L’objet est-il un xSignal portant le nom spécifié, par ex., IsxSignal('DRAM_A0_PP1')

Mots-clés de type vérification d’attribut

• InAnyxSignal - L’objet appartient-il à un xSignal quelconque, par ex., InAnyxSignal

Prise en charge des xSignals par les règles de conception

Les règles de conception sont le moyen de traduire vos exigences en un ensemble d’instructions que l’éditeur PCB peut comprendre et appliquer. Les règles peuvent être vérifiées pendant le placement des objets, ce qu’on appelle le DRC en ligne, ou en post-traitement, ce qu’on appelle le DRC par lots. Les xSignals peuvent être utilisés pour définir les objets auxquels une règle de conception doit être appliquée.

► En savoir plus sur les règles de conception

► En savoir plus sur Length Tuning

Règle de longueur appariée

La règle de conception Matched Length est utilisée pour garantir que la longueur des nets spécifiés reste dans la plage définie. Cette règle est essentielle dans une conception haute vitesse, où l’enjeu n’est pas seulement le temps nécessaire à l’arrivée des signaux (déterminé par leur longueur totale), mais aussi l’importance que les signaux spécifiés arrivent en même temps. Selon les vitesses de commutation des signaux, la fonction du signal et les matériaux utilisés dans la carte, l’écart autorisé peut aller jusqu’à 500 mils, ou être aussi faible que 1 mil.

L’image ci-dessous montre un exemple de règle de conception Matched Length configurée pour cibler les xSignals de la classe xSignal PCIE, et vérifier une différence de longueur au sein de chaque paire différentielle de cette classe xSignals. Chaque paire de la classe doit avoir des longueurs routées telles qu’elles entraînent un Delay Tolerance ne dépassant pas 2ps de délai entre les deux nets de cette paire.

Notez que les contraintes de la règle de conception Matched Length vous obligent à choisir entre l’appariement de la longueur de tous les nets ciblés (Group Matched Lengths) ou l’appariement des deux nets au sein de chaque paire différentielle dans les nets ciblés.

L’image ci-dessous montre la classe xSignal PCIE_TX sélectionnée dans le panneau, ainsi que ces xSignals sélectionnés dans l’espace de conception.

Outre la classe PCIE, des classes sont également définies pour les paires TX et RX. Notez que l’un des xSignals TX ne respecte pas la règle de longueur appariée applicable. ##

Si vous prévoyez d’ajuster la longueur de xSignals comprenant des nets simples et des paires différentielles, créez les règles suivantes :

• Une règle de longueur appariée qui définit les exigences d’appariement de longueur between nets and differential pairs in xSignals. Pour configurer la règle afin de tester la longueur d’un net/paire par rapport à celle d’un autre net/paire, activez l’option Group Matched Lengths .
• Une seconde règle de longueur appariée, de priorité plus élevée, qui définit les exigences d’appariement de longueur within-pair . Pour configurer la règle afin de tester la longueur d’un membre de paire par rapport à l’autre membre de la paire, activez l’option Within Differential Pair Length .

Une bonne approche pour ajuster les longueurs de tels xSignals consiste à :

1. Router les nets et les paires différentielles du xSignal.
2. Ajuster la longueur des nets simples à l’aide de la commande Interactive Length Tuning .
3. Ajuster la longueur between des paires à l’aide de la commande Interactive Differential Pair Length Tuning . L’ajustement de longueur utilise la longueur du signal le plus long de la paire la plus longue comme longueur cible, et ajuste le net le plus long de la paire à cette longueur.
4. Ajuster la longueur du net le plus court within de chaque paire par rapport à l’autre net de la paire à l’aide de la commande Interactive Length Tuning .
5. Vous pouvez maintenant utiliser le panneau PCB Rules and Violations pour vérifier la ou les règles within-pair Matched Net Length. Pour ce faire, sélectionnez Matched Net Lengths dans la section Rule Classes du panneau, puis cliquez avec le bouton droit sur la règle Matched Length requise et sélectionnez la commande Run DRC Rule <RuleName> dans le menu contextuel. Ajustez si nécessaire les accordéons de réglage des nets simples.
6. Utilisez ensuite le panneau PCB Rules and Violations pour vérifier la ou les règles between-pair Matched Net Length, en suivant le processus qui vient d’être décrit. Ajustez si nécessaire les accordéons de réglage des paires différentielles.

Règle de longueur

La règle de conception Length est utilisée pour garantir que la longueur routée totale reste dans la plage spécifiée. Cette règle est généralement utilisée pour s’assurer que les nets ciblés ne dépassent pas la longueur spécifiée, par exemple afin de garantir le respect des exigences de temporisation du circuit. La règle de longueur respecte les requêtes de type xSignal listées ci-dessus.

Règle de chemin de retour

La règle de conception Return Path vérifie la présence d’un chemin de retour de signal continu sur la couche de référence désignée au-dessus ou au-dessous des signaux ciblés par la règle. Le chemin de retour peut être créé à partir de remplissages, de régions et de coulées de polygones placés sur une couche de signal, ou il peut s’agir d’un plan.

Les couches de chemin de retour sont les couches de référence définies dans le profil d’impédance sélectionné. Ajoutez une nouvelle règle de conception Return PathHigh Speed dans la catégorie de règles.

L’image ci-dessous montre une violation de règle Return Path, où le polygone de chemin de retour du xSignal comporte un trou permettant le passage d’un via.

Utilisation du panneau PCB Rules and Violations pour localiser une violation de règle Return Path. ##

Calculs de longueur précis

Une exigence clé lors de la définition de règles de conception haute vitesse est le calcul précis des longueurs de routage. L’approche traditionnelle pour calculer la longueur d’un signal consiste à additionner la longueur de ligne médiane de tous les segments utilisés dans un routage, ainsi que la distance verticale due à la hauteur des vias, initialement déterminée par l’épaisseur de la carte.

Cette approche n’est pas suffisante pour une conception haute vitesse pour plusieurs raisons, notamment :

• Objets empilés et superposés - un algorithme qui additionne simplement la longueur de ligne médiane de tous les objets d’un net ne prend pas en compte les objets empilés ou superposés.
• Chemin de routage sinueux à l’intérieur d’un objet - il existe souvent des objets de routage entièrement contenus dans un pad ou un via, ce qui peut faussement augmenter la longueur, comme le montre la première image ci-dessous. La seconde image montre la manière correcte de calculer la longueur lorsqu’un objet de remplissage fait partie du routage.
• Longueur de via - les vias borgnes et enterrés ne traversent pas toutes les couches de la carte ; l’épaisseur de la carte n’est donc pas suffisamment précise pour déterminer la longueur verticale. La hauteur réelle du via doit être utilisée, en tenant compte des épaisseurs de cuivre et d’isolant traversées par le via.

Le calculateur de longueur de l’éditeur PCB renvoie la longueur de routage la plus précise possible.

Le calcul de longueur est effectué avec précision le long de la ligne médiane du chemin le plus court, comme le montrent ces deux images.

Des longueurs précises, basées sur les couches traversées et les dimensions de l’empilage, sont calculées pour les vias. Image issue du panneau PCB en mode Nets.

Délai boîtier-broche

Dans toute conception haute vitesse au-delà de 500 MHz, le support de connexion, ou fil de bonding vers la puce, introduit un délai dans le signal. Ce délai interne au composant est appelé délai boîtier-broche. Même si deux composants sont totalement compatibles au niveau de la conception et du PCB, les temps de propagation dans le boîtier diffèrent d’un composant à l’autre ; ils doivent donc être pris en compte. Les informations de temps de propagation peuvent être trouvées dans le document IBIS 6 du composant. Les informations sur les broches du boîtier doivent être prises en compte lors de la phase de planification des E/S, ou après la synthèse pour un FPGA. Tous les fabricants de composants devraient pouvoir fournir les délais de boîtier, qui seront spécifiés soit sous forme de délai en picosecondes, soit sous forme de longueur.

Le délai peut être inclus dans votre conception soit comme Pin Package Length, soit comme Propagation Delay, en utilisant les champs correspondants pour la broche dans l’éditeur de schéma ou pour le pad/via dans l’éditeur PCB. Les valeurs saisies sont traitées comme suit :

Pin Package Length - toutes les longueurs boîtier-broche de chaque net sont additionnées dans l’éditeur PCB pour donner la longueur totale broche/boîtier, qui est incluse dans la Signal Length globale de ce net. Reportez-vous au mode Nets du panneau PCB pour en savoir plus sur la longueur du signal.

Propagation Delay - toutes les valeurs de délai définies par l’utilisateur pour les broches/pads et les vias de chaque net sont ajoutées au délai de routage de ce net dans l’éditeur PCB. Le délai de routage est calculé automatiquement par le solveur de champ Simbeor® intégré au Layer Stack Manager. Les délais des pads et des vias ne sont pas calculés automatiquement, mais peuvent être définis par l’utilisateur.

Inclure le délai dans le schéma

Les longueurs boîtier-broche peuvent être définies comme attribut d’une broche de composant du schéma dans le panneau Properties en mode Pin. Le logiciel utilisera par défaut les unités du document sous-jacent ; saisissez les unités avec la valeur si nécessaire.

Saisissez la longueur boîtier-broche avec les unités requises.

Définition du délai dans l’éditeur PCB

Les valeurs Pin Package Length et Propagation Delay sont transférées vers le routage PCB, comme visible dans le mode Pad du panneau Properties.

Les valeurs Pin Package Length et Propagation Delay sont transférées du schéma vers le PCB, ou peuvent également être définies directement dans le PCB.

Examen de la longueur de broche/boîtier et du délai de propagation dans le panneau PCB

Le Pin/Pkg Length est automatiquement inclus dans les calculs de Signal Length, qui sont affichés dans différents modes du panneau PCB. Réglez le panneau sur le mode Nets pour examiner (ou modifier) la valeur du Pin/Pkg Length pour les broches du net choisi. Notez que la colonne Routed Length reflète la longueur du routage, et la colonne Signal Length reflète la longueur du routage plus toutes les longueurs Pin/Pkg de ce net.

Le Pin/Pkg Length et son impact sur le Signal Length sont affichés dans le mode Nets du panneau PCB.

Dans l’image ci-dessous, la colonne de Delay propagation montre qu’il existe deux paires de xSignals qui ne respectent pas une règle de conception Matched Length. Comme la mise en évidence se trouve dans la colonne Delay, cela indique que la règle est configurée pour utiliser des unités de délai plutôt que des unités de longueur.

La colonne Delay montre qu’il existe deux paires de xSignals qui ne respectent pas une règle de conception Matched Length. 

Comment la longueur est incluse dans les xSignals

Le Pin/Pkg Length est automatiquement inclus dans la longueur globale du xSignal lorsque :

• Ce signal fait partie d’une définition de xSignal
• Cette pastille n’est pas connectée dans un schéma de routage fly-by (une seule piste est connectée à cette pastille)

Terminologie liée aux nets

Dans l’éditeur PCB, la terminologie suivante est utilisée :

• Net – une collection de broches de composants (nœuds) connectées entre elles. La manière dont ces nœuds sont connectés entre eux est appelée topologie ; la topologie par défaut est shortest.
• From-To – conceptuellement, un From-To s’étend entre deux nœuds d’un net. Les From-Tos peuvent être créés pour suivre la topologie ou l’agencement des nœuds dans ce net. Par exemple, la topologie du net pourrait être de R1-1 à U1-5 à U3-2 à R5-2. Ce net pourrait avoir trois From-Tos : R1-1 à U1-5 ; U1-5 à U3-2 ; et U3-2 à R5-2. Si la topologie est modifiée, les From-Tos possibles le seront également. Les From-Tos sont créés dans le mode From-To du panneau PCB soit en cliquant sur le bouton Generate pour les créer à partir d’une topologie, soit en sélectionnant deux pastilles dans un net puis en cliquant sur le bouton Add From To.
• xSignal – un ensemble de nœuds défini par l’utilisateur, généralement un sous-ensemble d’un net (de ce nœud à cet autre nœud), ou une combinaison de deux nets incluant un composant en série, tel qu’une résistance de terminaison.