シグナルインテグリティ分析の設定と実行

信号整合性分析の準備が必要な場合、このページに記載されているように、分析自体を設定して実行します。

SI設定オプションの設定

Tools » Signal Integrityを選択し、すべてのコンポーネントにモデルが割り当てられている場合、プロジェクトを開いてこのコマンドを初めて実行すると、SI Setup Optionsダイアログが表示されます。

SI Setup Optionsダイアログ

1. トラックのインピーダンスと平均トラック長を必要に応じて設定してください。これらのルーティング特性は、PCBにまだ転送されていないネットやPCB内の未ルーティングネットがある場合にのみ必要です。

   注意：Supply NetsとStimulusタブは、回路図のみモードでのみ表示されます。

2. Analyze Designクリックして、初期のデフォルトスクリーニング分析を実行し、Signal Integrityパネルを表示します。ここからさらに、反射またはクロストークのために分析するネットを選択できます。

デフォルトの許容ルール4つと、回路図またはPCBに設定されたシグナルインテグリティルールは、設計が初めて分析されるときにすべて有効になり、実行されます。これらの許容値は、Signal IntegrityパネルでMenuボタンをクリックし、許容値を設定を選択することで後から設定できます。

回路図のみモードでのシグナルインテグリティ設定オプション

プロジェクトにPCBが存在しない場合、シグナルインテグリティパネルのMenuボタンをクリックしてSetup Optionsを選択することで、いつでもSI設定オプションを変更できます。SI Setup Optionsダイアログが表示されます。

Track Setupタブでは、シミュレーション時のトラックのデフォルト長を設定できます。これはPCBが存在する場合には使用されません。なぜなら、PCBは幅のルールを使用するからです。例えば、Use Manhattan lengthオプションが無効の場合、PCBはこの値を使用します。このタブでTrack Impedanceも設定します。

Supply NetsとStimulusタブをクリックすると、ネットとスティミュラスのルール情報を表示して有効にすることができます。これらのタブは、PCBや回路図上でルールを提供する通常の方法以外に、これらの特性を定義するための別のインターフェースを提供します。

回路図のみモードでアクセスした際のSI Setup Optionsダイアログのタブ

シグナルインテグリティパネルの使用

初期設定を行った後、Signal Integrityパネルは、実行されたばかりのスクリーニング分析からのデータで読み込まれます。この分析の結果と、さまざまなテストに合格したネットがパネルの左側のリストに表示されます。問題のあるネットは、高速反射とクロストーク分析を実行することで、さらに詳細に分析することができます。仮想終端を追加する機能により、これらの問題領域を解決するために設計に追加する必要がある追加の回路を特定でき、したがって最も効率的なシグナル・インテグリティ性能を得ることができます。
Signal Integrityパネルは、シグナル・インテグリティ分析プロセスを設定および制御するために使用されます。

スクリーニング結果の表示

初期スクリーニング分析は、多くのネットを迅速にシミュレートして、より多くの情報を得て、詳細な反射やクロストーク分析など、より詳細な検査が必要な重要なネットを特定することを可能にします。左側のリストには、この分析の結果が表形式で表示されます。設計内の各ネットについて、以下の列情報が表示されます：

Menuボタンを使用するか、テーブル内で右クリックしてShow/Hide Columnsサブメニューにアクセスし、必要に応じてデータ列の表示を有効/無効にできます。 各ネットは、Passed、Failed、またはNot Analyzedの3つのカテゴリーのいずれかになります。

	Passed と表示されたネットは、テストで定義された範囲内のすべての値を持っていました。
	Failed と表示されたネットは、定義された許容レベルの外に少なくとも1つの値を持っていました。失敗した値は黄色で色付けされます。
	Not Analyzed と表示されたネットは、何らかの理由でスクリーニングできませんでした。理由を表示するには、Analysis Errors列を有効にしてください。

ネットの失敗

ネットの分析に失敗する一般的な理由には、コネクタ、ダイオードまたはトランジスタが含まれている、出力ピンがない、または複数の出力ピンがあることが含まれます。双方向ピンを含むネットがスクリーニングされる場合、ネット内に専用の出力ピンがない場合、各双方向ピンは出力ピンとして個別にシミュレートされます。これらのシミュレーションからの最悪の結果が表示されます。

ネットには、スクリーニングおよびそれ以降のシミュレーションの両方で誤った分析結果につながる他のエラーが存在する可能性があります。これらのネットは、その全行が赤色で表示されます。また、シミュレートされたネット（つまり、PCB上にまだルーティングされていないネット）は、薄い灰色で表示されます。

失敗したネットまたは分析されていないネットのチェック

失敗したネットまたは分析されていないネットの原因を表示するには：

• ネットの全行が赤くハイライトされている場合は、それを選択して右クリックし、Show Errorsを選択します。これにより、Messagesパネルにメッセージが追加され、問題を修復するためにクロスプローブできます。

  

• 選択したネットの利用可能なすべての情報を表示するには、右クリックしてDetailsを選択します。Full Detailsダイアログには、結果テーブルに表示できるすべてのスクリーニング分析結果が表示され、以下が含まれます：

  • Component Count – 選択したネットに接続するパッドを持つコンポーネントの数。

  • Track Count – 総ルーティングされたネットを構成する個々のルーティングトラックセグメントの数。

  • Minimum Impedance (Ohms) – ネットの最小インピーダンスで、ネット内のすべてのトラックセグメントの個々のインピーダンスを考慮します。

  • Maximum Impedance (Ohms) – ネットの最大インピーダンスで、ネット内のすべてのトラックセグメントの個々のインピーダンスを考慮します。

  

• 右クリックメニューからCross Probeを選択するか（またはMenuをクリックして）、選択したネットを回路図またはPCB上でクロスプローブします。

  F4 ショートカットキーを使用して、Signal Integrityパネル（および現在「フローティング」モードにある他のパネル）の表示を切り替え、パネルと設計の間をすばやく切り替えます。

• 特定のネットまたはネットのグループに結合されているネットを表示するには、目的のネットを選択してから右クリックし、Find Coupled Netsを選択します。これにより、これらの選択されたネットに結合されているすべてのネットが選択されます。どのネットが結合されていると見なされるかの基準は、Signal Integrity Preferencesダイアログ（MenuボタンをクリックしてSignal IntegrityパネルでPreferencesを選択することでアクセス）で設定できます。

• 必要なネットを選択し、右クリックメニューからCopyを選択することで、有用な情報をクリップボードにコピーして、他のアプリケーションに貼り付けてさらなる処理や報告に使用できます。表示される情報は、右クリックメニューからShow/Hide Columnsコマンドを選択して、表示される列をカスタマイズすることで調整できます。

• 分析によって生成された結果を強調表示するレポートも、信号完全性パネルの右クリックメニューからDisplay Reportを選択することで利用可能です。これにより、レポートファイルSignal Integrity Tests Report.txtがテキストエディタで開かれ、プロジェクトに追加されます。

設定の編集

定義したすべての解析に適用されるさまざまな設定を指定できます。これには、一般的な設定、統合方法、精度の閾値などが含まれます。設定を変更すると、すべてのプロジェクトに適用されます。

Signal IntegrityパネルのMenuボタンをクリックし、Preferencesを選択してSignal Integrity Preferencesダイアログを開きます。

Signal Integrity Preferences

ダイアログ

• Generalタブを使用して、シグナルインテグリティ分析を実行する際に設計内のエラーに関連するヒントや警告を表示するエラーハンドリングオプションを設定します。遭遇したヒントや警告は、メッセージパネルにメッセージとしてリストされます。Show Warningsオプションが有効であり、警告が存在する場合、Signal Integrityパネルにアクセスしようとすると警告確認ダイアログが表示されます。さらに、波形を表示するように選択した後にSignal Integrityパネルを非表示にすることもできます。シグナルインテグリティ測定のデフォルト単位を定義し、結果の波形がSimDataエディタに表示されるときにプロットタイトルとFFTチャートが表示されるかどうかも設定できます。

• Configurationタブは、結合されたネット間の最大距離や結合セクションとみなされる最小長さなど、さまざまなシミュレーション関連のしきい値を定義します。

• Integrationタブは、分析に使用される数値積分法を定義します。Trapezoidal 法は比較的速く正確ですが、特定の条件下で振動する傾向があります。Gear法は分析時間が長くなりますが、より安定する傾向があります。より高いギアオーダーを使用すると理論的にはより正確な結果が得られますが、分析時間が増加します。デフォルトはTrapezoidalです。

• Signal Integrity PreferencesダイアログのAccuracyタブは、分析に関わるさまざまな計算アルゴリズムの許容誤差しきい値と制限設定を定義します。

• DC Analysisタブを使用して、DC解析に関連するさまざまなパラメータの許容誤差しきい値と制限設定を定義します。

トレランスの設定

デフォルトのオーバーシュートとアンダーシュートのテストは、どのネットが最も問題になりそうかを判断するのに最適な特性として定義されています。4つのデフォルトのトレランスルールと、回路図やPCBに設定された任意のシグナルインテグリティルールが全て有効になり、設計が初めて分析されるときに実行されます。これらのルールを有効または無効にするには、Signal IntegrityパネルのMenuボタンをクリックし、Set Tolerancesを選択します。Set Screening Analysis Tolerancesダイアログが表示されます。

Set Screening Analysis Tolerancesダイアログ

設計が分析されるときにそのルールを実行するために、ルールタイプの隣にあるEnabledチェックボックスをクリックします。

（回路図のみのモードでない場合）PCB Signal Integrity Rulesをクリックして、必要な信号整合性ルールを追加または変更できるPCB Rules and Constraints Editorダイアログを開きます。OKをクリックして、Signal Integrityパネルに戻ります。

解析の準備

解析を実行する前に、さらに分析する必要があるネットを選択する必要があります。また、コンポーネントの部品技術やピンの特性を表示または変更するためにバッファを編集したり、必要に応じてネットに終端を追加することもできます。

分析するネットの選択

ネット（反射および/またはクロストーク）に対してさらに分析を行うには、Signal Integrityパネルの右側のリストでネットを選択する必要があります。左側のリストにあるネットをダブルクリックして選択し、それを右側のリストに移動します。または、矢印ボタンを使用して、この選択状態へのネットの移動を行います。左側のリストでネットを複数選択するには、ShiftキーまたはCtrlキーを押し続けます。

選択したネットに対して、右クリックメニューからCross Probeオプションを選択することで、関連する回路図やPCBドキュメントにクロスプローブできます。ターゲットドキュメントがデザインスペースでアクティブになり、選択したネットは、PreferencesダイアログのSystem – Navigationページで定義されたハイライト方法に従って表示されます。

ネットがこの選択状態にある場合、シミュレーションを実行する前に、それらに対してさらに設定を行うことが可能です。

被害ネットと加害ネットの設定

クロストーク解析の場合、被害者ネットまたは加害者ネットを設定する必要があります。この分析の性質上、この機能は2つ以上のネットが選択されている（右側のリストに移動されている）場合にのみ利用可能です。 右側のネットリストでネットを選択し、右クリックしてSet AggressorまたはSet Victimを必要に応じて選択します。ネットの状態が更新されます。ネットの設定を解除するには、右クリックメニューからClear Statusを選択します。

双方向ピンの方向設定

指定されたネット内の双方向ピンの方向を設定することができます。方向を設定するには、右上のリストで該当するネットを選択します。これにより、そのネットに属するピンのリストが下に表示されます。ピンのリストから、選択した双方向ピンの入出力ステータスを、右クリックして右クリックメニューからステータスを選択して変更します。これらの入出力設定は、次回このパネルを使用するときのためにプロジェクトと共に保存されます。

また、右クリックメニューからCross Probeオプションを選択することで、関連する回路図またはPCBドキュメント上のピン/パッドにクロスプローブすることもできます。ターゲットドキュメントがデザインスペースでアクティブになり、選択されたピン/パッドが、PreferencesダイアログのSystem – Navigationページで定義されたハイライト方法に従って表示されます。

バッファの編集

入出力モデルやピンの方向など、コンポーネントの部品技術やピンのプロパティを表示または変更したい場合があります。現在選択されているネットに接続されているコンポーネントのみを変更できます。ピンのリストで右クリックメニューのEdit Bufferオプションを使用すると、コンポーネントのデータダイアログにアクセスできます。

表示されるダイアログとオプションは、ピンが属するコンポーネントのタイプによって異なります。例えば、抵抗器、IC、BJTなどです。Integrated Circuitダイアログは、ICコンポーネントタイプ用に表示されます。

Integrated Circuitダイアログ

ピンのTechnologyとDirectionを選択すると、選択するための関連する入力および/または出力モデルのリストが表示されます。技術と方向の変更は分析内でのみ使用され、パネルがリセットされたときには保存されません。

パートのTechnology、Input Model、Output Modelフィールドはコンテキストに敏感です。コンポーネントパートのテクノロジーを選択すると、そのパートのデフォルトモデルはこのテクノロジーから取得されます。特定のピンモデルが既に割り当てられている場合（例えば、IBISモデルのインポートの一部として）、コンポーネントパートのテクノロジーを変更しても、それらのピンのピンモデルは再割り当てされませんので注意してください。

終端

信号波形に見られる振動は、関連する伝送線（トレース）上の複数の反射によるものです。これらの反射、または「リンギング」は、ドライバー/レシーバーのインピーダンス不一致のために、PCB設計で最も頻繁に発生します - 通常、低インピーダンスのドライバーと高インピーダンスのレシーバーがある場所です。

負荷で良好な信号品質を得るには、理想的には反射がゼロ（リンギングなし）であることを意味します。リンギングのレベルは、終端を使用して設計に受け入れられるレベルまで減少させることができます。

シグナルインテグリティパネルには、終端アドバイザーが組み込まれており、定義した場所にネットに「仮想終端」を挿入できるようになっています。この方法では、ボードに物理的な変更を加えることなく、さまざまな終端戦略をテストする自由があります。

利用可能な終端シミュレーションは以下の通りです：

• 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

各終端タイプは、終端リストで有効または無効にすることができます。反射とクロストーク分析を行う際に、複数の終端タイプを有効にすることができます - 各終端タイプに対して別々の波形が生成されます。これにより、伝送線上の信号品質を最適化し、反射（リンギング）を許容レベルまで減少させるために、設計に追加する最適な終端を決定することができます。

反射またはクロストーク分析を実行すると、有効にされた各終端タイプが試され、別々の波形セットが生成されます。 Serial Res 終端が使用される場合、選択されたネットのすべての出力ピンに配置されます。他の終端タイプの場合、終端はネット内のすべての入力ピンに配置されます。 終端の最適な結果を得るためには、ネットの特性に基づいて関連する部品の値を設定することも必要になります。

• 終端が選択されると、その終端を示す図が下に表示されます。この図では、終端に使用される抵抗器とコンデンサの最小値と最大値の設定が可能です。

• 最小値と最大値は、スイープ数（終端のリストに表示される）が1より大きい数に設定されている場合に使用されます。

• 終端タイプについての詳細情報を知りたい場合は、それを選択して?（ヘルプ）ボタンをクリックしてください。Suggestオプションを有効にすると、提案された値が計算され（各終端タイプの情報ポップアップに記載されている式に従って）、灰色で表示されます。これらの値を受け入れることも、Suggestオプションを無効にして必要に応じて自分の値を入力することもできます。

• 終端コンポーネントの値の範囲をスイープして解析を実行したい場合は、Perform Sweepオプションが有効であることを確認し、解析を実行する際に必要なSweep Stepsの数を設定してください。解析の各スイープで使用される値は、入力された最小値と最大値、およびSweep Stepsフィールドで選択された値に依存します（例えば、Sweep Stepsが2に設定されている場合、解析の最初のパスでは最小値が、2番目では最大値が使用されます）。各スイープごとに比較目的のために別々の波形が生成されることに注意してください。

回路図上に終端を配置する

波形が作成され、最適な終端が検出された後、その終端を回路図シート上に直接配置することが望ましい場合があります。これは、Terminationリストの右クリックメニューを介して実現できます。配置は現在選択されているネットにのみ適用されることに注意してください。

選択した終端回路を「仮想終端」として使用するのではなく、実際に回路図上に配置したい場合：

1. Terminationセクション内で右クリックし、Signal IntegrityパネルからPlace on Schematicを選択します。

2. Place Terminationダイアログが表示され、終端部品として使用するライブラリコンポーネントの選択、自動または手動での配置、適用可能な全ピンまたは選択されたピンのみに配置するか、部品の正確な値の設定など、さまざまなプロパティを設定できます。OKをクリックして続行します。

   
   Place Terminationダイアログ

3. Signal Integrity Analyzerは、ピンが属するソース回路図ドキュメントを見つけます。次に、ドキュメントの空いているスペースに、必要な部品（抵抗、コンデンサ、または必要に応じたその他の部品）と電源オブジェクトを正しい値で追加します。この終端回路を回路図の適切なピンに接続します。

その後も、ピンにコンポーネントを正しく配線する必要があるかもしれません。さらに、PCBが関与している場合は、これらを同期させてPCB内でルーティングする必要があります。Design » Update PCBを選択して、これらの部品をPCBにも追加同期させてください。

解析の実行

必要に応じてネットが設定され、終端オプションが選択されたら、Signal IntegrityパネルでReflectionsまたはCrosstalksボタンをクリックして、波形を生成します。

• 反射解析では、1つ以上のネットをシミュレートできます。ただし、解析するネットの数は合理的な範囲に保つ必要があります。多くのネットを分析すると、解析時間が大幅に増加します。

  シグナルインテグリティアナライザーは、PCBおよび関連するドライバーおよびレシーバーのI/Oバッファーモデルからのルーティングとレイヤー情報を使用して、ネットのノードでの電圧を計算します。2Dフィールドソルバーは自動的に伝送線の電気的特性を計算します。モデリングでは、DCパス損失が無視できるほど小さいと仮定されます。

• クロストーク解析の場合、少なくとも2つのネットを対象にする必要があります。通常、クロストーク解析を行う際には、1つのネットとその直接の隣接ネット2つが考慮されます。

  クロストークのレベル（またはEMIの程度）は、信号線上の反射に直接比例します。信号品質条件が達成され、正しい信号終端によって反射がほぼ無視できるレベルにまで低減された場合、つまり信号が最小限の信号漂いで目的地に届けられる場合、クロストークも最小限に抑えられます。詳細については、終端を参照してください。

  クロストーク解析は、PCB設計ドキュメントからのレイアウト後のシグナルインテグリティ解析を実行する場合にのみ可能です。これは、このタイプの解析にはルーティングされたネットが必要だからです。

ボタンをクリックすると、解析が開始され、シミュレーションデータファイル（<ProjectName>.sdf）が生成されます。このファイルは別のタブとして開き、SimDataエディタで解析結果が表示されます。 信号完全性解析結果の取り扱いについて詳しくはこちらを参照してください。