Configurazione ed esecuzione di un'analisi dell'integrità del segnale

Una volta preparato il progetto per un'analisi dell'integrità del segnale secondo necessità, configura ed esegui l'analisi come descritto in questa pagina.

Configurazione delle opzioni di impostazione SI

Quando selezioni Tools » Signal Integrity e tutti i componenti hanno un modello assegnato, la finestra di dialogo SI Setup Options viene visualizzata la prima volta che esegui questo comando su un progetto aperto.

La finestra di dialogo SI Setup Options

1. Imposta l'impedenza e la lunghezza media delle piste secondo necessità. Queste caratteristiche di sbroglio sono necessarie solo se sono presenti net non ancora trasferite su un PCB o net non sbrogliate nel PCB.

   Tieni presente che le schede Supply Nets e Stimulus vengono visualizzate solo in modalità solo schema.
2. Fai clic su Analyze Design per eseguire l'analisi preliminare predefinita e visualizzare il pannello Signal Integrity, dal quale puoi selezionare ulteriormente le net da analizzare per riflessioni o diafonia.

Le quattro regole di tolleranza predefinite e tutte le regole di integrità del segnale impostate nello schema o nel PCB vengono abilitate e applicate alla prima analisi del progetto. Queste tolleranze possono essere impostate in seguito nel pannello Signal Integrity, facendo clic sul pulsante Menu e selezionando Set Tolerances.

Opzioni di impostazione dell'integrità del segnale in modalità solo schema

Se nel progetto non è disponibile un PCB, puoi modificare le opzioni di impostazione SI in qualsiasi momento facendo clic sul pulsante Menu nel pannello Signal Integrity e selezionando Setup Options. Viene visualizzata la finestra di dialogo SI Setup Options.

La scheda Track Setup consente di configurare la lunghezza predefinita delle piste durante la simulazione. Questa impostazione non viene utilizzata quando è presente un PCB, poiché il PCB utilizza le regole di larghezza; in altre parole, se l'opzione Use Manhattan length è disabilitata, il PCB utilizza questo valore. Imposta anche Track Impedance in questa scheda.

Fai clic sulle schede Supply Nets e Stimulus per visualizzare e abilitare le informazioni sulle regole delle net e degli stimoli. Queste schede offrono un'interfaccia alternativa per definire tali caratteristiche, oltre al normale metodo di impostazione delle regole nel PCB o nello schema.

Le schede della finestra di dialogo SI Setup Options quando vi si accede in modalità solo schema

Utilizzo del pannello Signal Integrity

Dopo la configurazione iniziale, il pannello Signal Integrity viene popolato con i dati dell'analisi preliminare appena eseguita. I risultati dell'analisi e l'indicazione delle net che hanno superato i vari test vengono visualizzati nell'elenco sul lato sinistro del pannello. Le net problematiche possono quindi essere esaminate più in dettaglio eseguendo rapide analisi delle riflessioni e della diafonia. La possibilità di aggiungere terminazioni virtuali consente di determinare quali circuiti aggiuntivi siano necessari nel progetto per risolvere queste criticità e ottenere così le migliori prestazioni in termini di integrità del segnale.

Il pannello Signal Integrity viene utilizzato per configurare e controllare il processo di analisi dell'integrità del segnale.

Visualizzazione dei risultati dell'analisi preliminare

L'analisi preliminare offre una simulazione rapida di numerose net, permettendoti di ottenere maggiori informazioni e identificare le net critiche da esaminare più attentamente, ad esempio mediante un'analisi dettagliata delle riflessioni e/o della diafonia. L'elenco sul lato sinistro visualizza i risultati di questa analisi in formato tabellare. Per ogni net del progetto, nelle colonne possono essere visualizzate le seguenti informazioni:

Utilizza il pulsante Menu oppure fai clic con il pulsante destro del mouse nella tabella per accedere al sottomenu Show/Hide Columns, dal quale puoi abilitare o disabilitare la visualizzazione delle colonne di dati secondo necessità.

Ogni net può rientrare in una delle tre categorie: Passed, Failed o Not Analyzed.

	Una net Passed presenta tutti i valori entro i limiti definiti dai test.
	Una net Failed presenta almeno un valore al di fuori dei livelli di tolleranza definiti. Tutti i valori che non superano il test sono evidenziati in giallo.
	Una net Not Analyzed non ha potuto essere sottoposta all'analisi preliminare per qualche motivo. Per visualizzare il motivo, abilita la colonna Analysis Errors.

Net che non hanno superato l'analisi

Tra i motivi più comuni per cui non è possibile analizzare una net durante l'analisi preliminare vi sono la presenza di un connettore, di un diodo o di un transistor e l'assenza di pin di uscita o la presenza di più pin di uscita. Quando vengono analizzate net che contengono pin bidirezionali e non è presente alcun pin di uscita dedicato, ogni pin bidirezionale viene simulato separatamente come pin di uscita. Viene visualizzato il risultato del caso peggiore tra queste simulazioni.

Le net possono presentare altri errori che portano a risultati di analisi errati sia durante lo screening sia nelle simulazioni successive. Queste net vengono visualizzate con l'intera riga colorata in rosso. Inoltre, le net che sono state simulate (ovvero le net non ancora sbrogliate su un PCB) sono colorate in grigio chiaro.

Verifica delle net con esito negativo o non analizzate

Per visualizzare la causa dell'esito negativo o della mancata analisi di una net:

• Se l'intera riga di una net è evidenziata in rosso, selezionarla, quindi fare clic con il pulsante destro del mouse e selezionare Show Errors. Questa operazione aggiunge anche messaggi al pannello Messages, dai quali è possibile utilizzare il cross-probing per correggere eventuali problemi.

  

• Per visualizzare tutte le informazioni disponibili per una net selezionata, fare clic con il pulsante destro del mouse e selezionare Details. La finestra di dialogo Full Details mostra tutti i risultati dell'analisi di screening che possono essere visualizzati nella tabella dei risultati, insieme alle seguenti informazioni:
  • Component Count – il numero di componenti con pad collegati alla net selezionata.
  • Track Count – il numero di singoli segmenti di pista sbrogliati che costituiscono l'intera net sbrogliata.
  • Minimum Impedance (Ohms) – l'impedenza minima della net, considerando le singole impedenze di tutti i segmenti di pista della net.
  • Maximum Impedance (Ohms) – l'impedenza massima della net, considerando le singole impedenze di tutti i segmenti di pista della net.

  

• Selezionare Cross Probe dal menu contestuale (oppure fare clic su Menu) per individuare tramite cross-probing la net selezionata nello schema elettrico o nel PCB.

  Utilizzare il tasto di scelta rapida F4 per mostrare o nascondere il pannello Signal Integrity (e gli altri pannelli attualmente in modalità mobile), passando rapidamente dal pannello al progetto e viceversa.
• Per visualizzare le net accoppiate a una singola net o a un gruppo di net, selezionare le net desiderate, quindi fare clic con il pulsante destro del mouse e selezionare Find Coupled Nets. In questo modo vengono selezionate tutte le net accoppiate a quelle selezionate. I criteri che determinano quali net sono considerate accoppiate possono essere configurati nella finestra di dialogo Signal Integrity Preferences (accessibile facendo clic sul pulsante Menu e selezionando Preferences nel pannello Signal Integrity).
• Le informazioni utili possono essere copiate negli appunti e incollate in altre applicazioni per ulteriori elaborazioni o per la creazione di report. Selezionare le net desiderate e scegliere Copy dal menu contestuale. Inoltre, è possibile personalizzare le informazioni visualizzate selezionando le colonne da mostrare mediante il comando Show/Hide Columns del menu contestuale.
• È disponibile anche un report che evidenzia i risultati generati dall'analisi, selezionando Display Report dal menu contestuale nel pannello Signal Integrity. Questa operazione apre il file di report Signal Integrity Tests Report.txt nell'editor di testo e lo aggiunge al progetto.

Impostazione delle preferenze

È possibile specificare diverse preferenze che si applicano a tutte le analisi definite. Queste includono impostazioni generali, metodo di integrazione e soglie di accuratezza. Qualsiasi modifica apportata alle preferenze si applicherà a tutti i progetti.

Fare clic sul pulsante Menu nel pannello Signal Integrity e selezionare Preferences per aprire la finestra di dialogo Signal Integrity Preferences.

La finestra di dialogo Signal Integrity Preferences

• Utilizzare la scheda General per impostare le opzioni di gestione degli errori che mostrano suggerimenti e/o avvisi quando nel progetto sono presenti errori relativi all'esecuzione di un'analisi dell'integrità del segnale. Eventuali suggerimenti o avvisi verranno elencati come messaggi nel pannello Messages. Se l'opzione Show Warnings è abilitata e sono presenti avvisi, quando si tenta di accedere al pannello Signal Integrity viene visualizzata una finestra di dialogo di conferma. Inoltre, è possibile scegliere di nascondere il pannello Signal Integrity dopo aver scelto di visualizzare le forme d'onda. È anche possibile definire le unità predefinite per le misure di integrità del segnale e stabilire se visualizzare i titoli dei grafici e i grafici FFT quando le forme d'onda risultanti vengono mostrate nell'editor SimData.

• La scheda Configuration definisce diverse soglie relative alla simulazione, come la distanza massima tra net accoppiate e la lunghezza minima affinché un tratto sia considerato accoppiato.

• La scheda Integration definisce il metodo di integrazione numerica utilizzato per l'analisi. Il metodo Trapezoidal è relativamente rapido e accurato, ma tende a oscillare in determinate condizioni. I metodi Gear richiedono tempi di analisi più lunghi, ma tendono a essere più stabili. L'utilizzo di un ordine Gear più elevato produce teoricamente risultati più accurati, ma aumenta il tempo di analisi. L'impostazione predefinita è Trapezoidal.

• La scheda Accuracy nella finestra di dialogo Signal Integrity Preferences definisce le soglie di tolleranza e le impostazioni dei limiti per i vari algoritmi di calcolo utilizzati nell'analisi.

  Opzioni di accuratezza

  Opzione	Descrizione
  RELTOL	Tolleranza relativa per il calcolo dei valori di corrente e tensione
  ABSTOL	Tolleranza assoluta per il calcolo dei valori di corrente
  VNTOL	Tolleranza assoluta per il calcolo dei valori di tensione
  TRTOL	Fattore di stima dell'errore di integrazione
  NRVABS	Limite dell'errore di troncamento utilizzando l'algoritmo di Newton-Raphson
  DTMIN	Passo temporale minimo consentito
  ITL	Numero massimo di iterazioni utilizzando l'algoritmo di Newton-Raphson
  LIMPTS	Numero massimo di coppie di valori nel file di output per ciascuna curva di tensione

• Utilizzare la scheda DC Analysis per definire le soglie di tolleranza e le impostazioni dei limiti per i vari parametri associati all'analisi in continua.

Impostazione delle tolleranze

Sono definiti test predefiniti di sovraelongazione e sottoelongazione, poiché queste sono probabilmente le caratteristiche più adatte per determinare quali net potrebbero essere le più problematiche. Quattro regole di tolleranza predefinite e tutte le regole di integrità del segnale impostate nello schema elettrico o nel PCB vengono abilitate ed eseguite alla prima analisi del progetto. Per abilitare o disabilitare queste regole, fare clic sul pulsante Menu nel pannello Signal Integrity e selezionare Set Tolerances. Viene visualizzata la finestra di dialogo Set Screening Analysis Tolerances.

La finestra di dialogo Set Screening Analysis Tolerances

Fare clic sulla casella di controllo Enabled accanto a un tipo di regola per abilitarne l'esecuzione durante l'analisi del progetto.

Fare clic su PCB Signal Integrity Rules (se non si è in modalità solo schema elettrico) per aprire la finestra di dialogo PCB Rules and Constraints Editor, in cui è possibile aggiungere o modificare le regole di integrità del segnale necessarie. Fare clic su OK fino a tornare al pannello Signal Integrity.

Preparazione delle analisi

Prima di eseguire le analisi, è necessario selezionare le net da analizzare ulteriormente. È anche possibile modificare i buffer per visualizzare o cambiare la tecnologia dei componenti e le proprietà dei pin e aggiungere terminazioni alle net, se necessario.

Selezione delle net da analizzare

Per eseguire ulteriori analisi sulle reti (riflessioni e/o diafonia), è necessario selezionare le reti nell'elenco a destra del pannello Signal Integrity. Fare doppio clic su una rete nell'elenco a sinistra per selezionarla e spostarla nell'elenco a destra. In alternativa, utilizzare i pulsanti freccia per aggiungere o rimuovere le reti dalla selezione. È possibile selezionare più reti nell'elenco a sinistra tenendo premuti i tasti Shift o Ctrl.

È possibile individuare le reti selezionate nel relativo documento schematico o PCB mediante la funzione di cross-probing, selezionando le opzioni Cross Probe dal menu contestuale. Il documento di destinazione verrà attivato nell'area di progettazione e le reti selezionate verranno visualizzate in base alle modalità di evidenziazione definite nella pagina System – Navigation della finestra di dialogo Preferences.

Una volta selezionate le reti, è possibile configurarle ulteriormente prima di eseguire una simulazione.

Impostazione delle reti vittima e aggressore

Nel caso delle analisi di diafonia, è necessario impostare una rete vittima o aggressore. Si noti che, per la natura dell'analisi, questa funzionalità è disponibile solo quando sono state selezionate due o più reti (spostate nell'elenco a destra).

Selezionare una rete nell'elenco a destra, fare clic con il pulsante destro del mouse e selezionare Set Aggressor o Set Victim secondo necessità. Lo stato delle reti viene aggiornato. Per annullare l'impostazione delle reti, selezionare Clear Status dal menu contestuale.

Impostazione della direzione dei pin bidirezionali

È possibile impostare la direzione dei pin bidirezionali di una determinata rete. Per impostare la direzione, selezionare la rete interessata nell'elenco in alto a destra. Sotto verrà visualizzato un elenco dei pin di quella rete. Nell'elenco dei pin, modificare lo stato di ingresso/uscita di ciascun pin bidirezionale selezionato facendo clic con il pulsante destro del mouse e scegliendo uno stato dal menu contestuale. Queste impostazioni di ingresso/uscita verranno salvate con il progetto per il successivo utilizzo di questo pannello.

È inoltre possibile individuare il pin/pad nel relativo documento schematico o PCB mediante la funzione di cross-probing, selezionando le opzioni Cross Probe dal menu contestuale. Il documento di destinazione verrà attivato nell'area di progettazione e il pin/pad selezionato verrà visualizzato in base alle modalità di evidenziazione definite nella pagina System – Navigation della finestra di dialogo Preferences.

Modifica dei buffer

Potrebbe essere utile visualizzare o modificare la tecnologia del componente e le proprietà dei pin, come i modelli di ingresso e uscita e la direzione dei pin. È possibile modificare solo i componenti collegati alla rete attualmente selezionata nell'elenco a destra. L'opzione Edit Buffer del menu contestuale nell'elenco dei pin consente di accedere alla finestra di dialogo dei dati del componente.

La finestra di dialogo e le opzioni visualizzate dipendono dal tipo di componente a cui appartiene il pin, ad esempio resistore, circuito integrato, BJT, ecc. La finestra di dialogo Integrated Circuit mostrata si riferisce a un componente di tipo circuito integrato.

La finestra di dialogo Integrated Circuit

La scelta di Technology e Direction per un pin visualizza un elenco dei modelli di ingresso e/o uscita pertinenti tra cui scegliere. Le modifiche alla tecnologia e alla direzione vengono utilizzate solo localmente nell'analisi e non verranno salvate al ripristino del pannello.

I campi Technology, Input Model e Output Model del componente sono sensibili al contesto. Quando si sceglie una tecnologia per il componente, i modelli predefiniti del componente vengono ricavati da tale tecnologia. Si noti che, se sono già stati assegnati modelli specifici ai pin (ad esempio durante l'importazione di un modello IBIS), la modifica della tecnologia del componente non riassegnerà i modelli di tali pin.

Terminazioni

Le oscillazioni visibili nella forma d'onda di un segnale sono dovute a riflessioni multiple sulla linea di trasmissione associata (pista). Queste riflessioni, o «ringing», si verificano più frequentemente nei progetti PCB a causa del disadattamento di impedenza tra driver e ricevitore, solitamente in presenza di un driver a bassa impedenza e di un ricevitore ad alta impedenza.

Per ottenere una buona qualità del segnale sul carico, idealmente non dovrebbero esserci riflessioni (assenza di ringing). Utilizzando una terminazione, è possibile ridurre il livello di ringing a un valore accettabile per il progetto.

Il pannello Signal Integrity include uno strumento di assistenza per le terminazioni, che consente di inserire «terminazioni virtuali» in una rete, in una posizione definita dall'utente. In questo modo è possibile provare diverse strategie di terminazione senza apportare modifiche fisiche alla scheda.

Le simulazioni di terminazione disponibili sono:

• 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

Ogni tipo di terminazione può essere abilitato o disabilitato nell'elenco delle terminazioni. Durante le analisi delle riflessioni e della diafonia è possibile abilitare più tipi di terminazione: per ciascuno verrà prodotto un insieme separato di forme d'onda. Ciò consente di determinare la terminazione migliore da aggiungere al progetto per ottenere una qualità ottimale del segnale sulle linee di trasmissione e quindi ridurre le riflessioni (ringing) a un livello accettabile.

Quando viene eseguita un'analisi delle riflessioni o della diafonia, ogni tipo di terminazione abilitato verrà provato e produrrà un insieme separato di forme d'onda. Quando si utilizza la terminazione Serial Res, questa verrà posizionata su tutti i pin di uscita della rete selezionata. Per gli altri tipi di terminazione, la terminazione verrà posizionata su tutti i pin di ingresso della rete.

Per ottenere i migliori risultati dalle terminazioni, sarà inoltre necessario impostare il valore dei componenti coinvolti in base alle caratteristiche della rete.

• Quando si seleziona una terminazione, sotto viene visualizzato un diagramma che la rappresenta. Questo diagramma consente di impostare i valori minimi e massimi dei resistori e dei condensatori utilizzati nelle terminazioni.
• I valori minimi e massimi vengono utilizzati quando il numero di scansioni (mostrato nell'elenco delle terminazioni) è impostato su un valore maggiore di uno.
• Per ulteriori informazioni su un tipo di terminazione, selezionarlo e fare clic sul pulsante ? (Guida). Se si abilita l'opzione Suggest, verranno calcolati i valori suggeriti (in base alla formula riportata nella finestra informativa a comparsa per ciascun tipo di terminazione) e visualizzati in grigio. È possibile accettare questi valori oppure disabilitare l'opzione Suggest e inserire i valori desiderati secondo necessità.
• Se si desidera eseguire l'analisi variando i valori dei componenti di terminazione entro un intervallo, assicurarsi che l'opzione Perform Sweep sia abilitata e impostare il numero di Sweep Steps richiesto per l'esecuzione delle analisi. I valori utilizzati a ogni iterazione dell'analisi dipendono dai valori minimo e massimo immessi e dal valore scelto nel campo Sweep Steps (ad esempio, se Sweep Steps è impostato su 2, la prima iterazione dell'analisi utilizzerà il valore minimo e la seconda quello massimo). Si noti che per ogni iterazione verrà generato un insieme separato di forme d'onda per consentirne il confronto.

Inserimento di una terminazione nello schema elettrico

Una volta create le forme d'onda e individuata la terminazione ottimale, può essere utile inserire tale terminazione direttamente nel foglio dello schema elettrico. È possibile farlo tramite il menu contestuale accessibile con un clic destro nell'elenco Termination. Si noti che l'inserimento verrà applicato solo alla net attualmente selezionata.

Se si desidera inserire effettivamente il circuito di terminazione selezionato nello schema elettrico, anziché utilizzarlo soltanto come «terminazione virtuale»:

1. Fare clic con il pulsante destro del mouse nella sezione Termination del pannello Signal Integrity e selezionare Place on Schematic.

2. Viene visualizzata la finestra di dialogo Place Termination, che consente di impostare varie proprietà, ad esempio quali componenti di libreria utilizzare per gli elementi della terminazione, se utilizzare il posizionamento automatico o manuale, se inserirli su tutti i pin applicabili o solo sul pin selezionato e quali valori esatti assegnare ai componenti. Fare clic su OK per continuare.

   
   La finestra di dialogo Place Termination

3. L'analizzatore di integrità del segnale individua il documento dello schema elettrico sorgente a cui appartiene il pin. Quindi, in uno spazio libero del documento, aggiunge i componenti necessari con i valori corretti (resistori, condensatori o qualsiasi altro elemento richiesto) e gli oggetti di alimentazione. Collegare questo circuito di terminazione al pin appropriato nello schema elettrico.

Si noti che, dopo questa operazione, sarà probabilmente ancora necessario collegare correttamente i componenti al pin. Inoltre, se il progetto comprende anche un PCB, sarà necessario sincronizzare questi componenti e sbrogliarne i collegamenti sul PCB. Sincronizzare il PCB per aggiungere anche questi componenti selezionando Design » Update PCB.

Esecuzione delle analisi

Una volta configurate le net secondo necessità (e scelte le eventuali opzioni di terminazione), fare clic sul pulsante Reflections o Crosstalks nel pannello Signal Integrity per generare le forme d'onda.

• Per un'analisi delle riflessioni, è possibile simulare una o più net. È tuttavia opportuno limitarne il numero, poiché il tempo di analisi aumenta considerevolmente quando si analizza un numero elevato di net.

  L'analizzatore di integrità del segnale calcola le tensioni ai nodi di una net utilizzando le informazioni di sbroglio e dei layer del PCB e i modelli dei buffer di I/O dei driver e dei ricevitori associati. Un risolutore di campo 2D calcola automaticamente la caratterizzazione elettrica delle linee di trasmissione. La modellazione presuppone che le perdite del percorso in corrente continua siano sufficientemente piccole da poter essere trascurate.

• Per un'analisi della diafonia, è necessario includere almeno due net. In genere, durante un'analisi della diafonia vengono considerate due o tre net alla volta, solitamente una net e le due immediatamente adiacenti.

  Il livello di diafonia (o l'entità delle interferenze elettromagnetiche, EMI) è direttamente proporzionale alle riflessioni su una linea di segnale. Se vengono soddisfatti i requisiti di qualità del segnale e le riflessioni vengono ridotte a un livello pressoché trascurabile mediante una corretta terminazione del segnale, ossia se il segnale raggiunge la destinazione con una dispersione minima, anche la diafonia sarà ridotta al minimo. Per ulteriori informazioni, vedere Terminazioni.

  L'analisi della diafonia è possibile solo quando si esegue un'analisi dell'integrità del segnale post-layout a partire da un documento di progettazione PCB. Questo perché per questo tipo di analisi sono necessarie net sbrogliate.

Dopo aver fatto clic su un pulsante, l'analisi viene avviata e viene generato un file di dati di simulazione (<ProjectName>.sdf). Questo file si apre in una scheda separata, mostrando i risultati delle analisi nell'editor SimData.

Per ulteriori informazioni, consultare Utilizzo dei risultati dell'analisi dell'integrità del segnale.