Configuração e execução de uma análise de integridade de sinal

Quando o projeto estiver preparado para uma análise de integridade de sinal conforme necessário, configure e execute a análise em si conforme descrito nesta página.

Configuração das opções de SI

Quando você seleciona Tools » Signal Integrity e todos os componentes têm modelos atribuídos, a caixa de diálogo SI Setup Options é exibida na primeira vez que você executa esse comando em um projeto aberto.

A caixa de diálogo SI Setup Options

1. Defina a impedância e o comprimento médio das trilhas conforme necessário. Essas características de roteamento só são necessárias se houver redes ainda não transferidas para uma PCB ou redes não roteadas na PCB.

   Observe que as abas Supply Nets e Stimulus são exibidas apenas no modo somente esquemático.
2. Clique em Analyze Design para executar a análise de triagem inicial padrão e exibir o painel Signal Integrity, no qual você poderá selecionar as redes a serem analisadas quanto a reflexões ou diafonia.

As quatro regras de tolerância padrão e quaisquer regras de integridade de sinal definidas no esquemático ou na PCB são habilitadas e executadas na primeira análise do projeto. Essas tolerâncias podem ser definidas posteriormente no painel Signal Integrity, clicando no botão Menu e selecionando Set Tolerances.

Opções de configuração de integridade de sinal no modo somente esquemático

Se não houver uma PCB disponível no projeto, você poderá alterar as opções de configuração de SI a qualquer momento clicando no botão Menu do painel Signal Integrity e selecionando Setup Options. A caixa de diálogo SI Setup Options será exibida.

A aba Track Setup permite configurar o comprimento padrão das trilhas durante a simulação. Esse valor não é usado quando há uma PCB, pois a PCB usa regras de largura; ou seja, se a opção Use Manhattan length estiver desabilitada, a PCB usará esse valor. Defina também Track Impedance nessa aba.

Clique nas abas Supply Nets e Stimulus para exibir e habilitar as informações das regras de rede e de estímulo. Essas abas oferecem uma interface alternativa para definir essas características, além do método normal de especificar regras na PCB ou no esquemático.

As abas da caixa de diálogo SI Setup Options quando acessada no modo somente esquemático

Uso do painel Signal Integrity

Após qualquer configuração inicial, o painel Signal Integrity será carregado com os dados da análise de triagem que acabou de ser executada. Os resultados dessa análise e a indicação de quais redes passaram nos vários testes são exibidos na lista do lado esquerdo do painel. As redes problemáticas podem então ser analisadas com mais detalhes por meio de análises rápidas de reflexão e diafonia. A possibilidade de adicionar terminações virtuais permite determinar quais circuitos adicionais precisam ser incluídos no projeto para resolver esses problemas e, assim, obter o melhor desempenho em termos de integridade de sinal.

O painel Signal Integrity é usado para configurar e controlar o processo de análise de integridade de sinal.

Visualização dos resultados da triagem

A análise de triagem inicial fornece uma simulação rápida de várias redes para que você possa obter mais informações e identificar redes críticas que exijam um exame mais aprofundado, como uma análise detalhada de reflexão e/ou diafonia. A lista do lado esquerdo exibe os resultados dessa análise em formato de tabela. Para cada rede do projeto, podem ser exibidas as seguintes informações nas colunas:

Use o botão Menu ou clique com o botão direito na tabela para acessar o submenu Show/Hide Columns, no qual você pode habilitar ou desabilitar a exibição das colunas de dados conforme necessário.

Cada rede pode estar em uma de três categorias: Passed, Failed ou Not Analyzed.

	Uma rede Passed apresentou todos os valores dentro dos limites definidos pelos testes.
	Uma rede Failed apresentou pelo menos um valor fora dos níveis de tolerância definidos. Todos os valores reprovados são destacados em amarelo.
	Uma rede Not Analyzed não pôde ser submetida à triagem por algum motivo. Para visualizar o motivo, habilite a coluna Analysis Errors.

Redes reprovadas

Entre os motivos comuns que impedem a análise de uma rede durante a triagem estão a presença de um conector, diodo ou transistor, e a ausência de pinos de saída ou a presença de vários pinos de saída. Quando redes que contêm pinos bidirecionais são submetidas à triagem e não há um pino de saída dedicado na rede, cada pino bidirecional é simulado separadamente como um pino de saída. O resultado do pior caso dessas simulações é exibido.

É possível que as redes apresentem outros erros que levem a resultados de análise incorretos tanto na triagem quanto nas simulações posteriores. Essas redes aparecerão com toda a linha em vermelho. Além disso, as redes que foram simuladas (ou seja, redes que ainda não foram roteadas em uma PCB) são exibidas em cinza-claro.

Verificação de redes com falha ou não analisadas

Para visualizar a causa de uma rede com falha ou não analisada:

• Se toda a linha de uma rede estiver destacada em vermelho, selecione-a, clique com o botão direito e selecione Show Errors. Isso também adiciona mensagens ao painel Messages, que podem ser usadas para localização cruzada a fim de corrigir quaisquer problemas.

  

• Para visualizar todas as informações disponíveis sobre uma rede selecionada, clique com o botão direito e selecione Details. A caixa de diálogo Full Details mostra todos os resultados da análise de triagem que podem ser exibidos na tabela de resultados, juntamente com as seguintes informações:
  • Component Count – quantos componentes têm pads conectados à rede selecionada.
  • Track Count – quantos segmentos individuais de trilha roteada compõem toda a rede roteada.
  • Minimum Impedance (Ohms) – a impedância mínima da rede, considerando as impedâncias individuais de todos os segmentos de trilha da rede.
  • Maximum Impedance (Ohms) – a impedância máxima da rede, considerando as impedâncias individuais de todos os segmentos de trilha da rede.

  

• Selecione Cross Probe no menu de contexto (ou clique em Menu) para localizar a rede selecionada no esquemático ou na PCB por meio da localização cruzada.

  Use a tecla de atalho F4 para alternar a exibição do painel Signal Integrity (e de outros painéis que estejam no modo "flutuante") e alternar rapidamente entre o painel e seu projeto.
• Para exibir quais redes estão acopladas a uma única rede ou a um grupo de redes, selecione as redes desejadas, clique com o botão direito e selecione Find Coupled Nets. Isso selecionará todas as redes acopladas às redes selecionadas. Os critérios que determinam quais redes são consideradas acopladas podem ser configurados na caixa de diálogo Signal Integrity Preferences (acessada clicando no botão Menu e selecionando Preferences no painel Signal Integrity).
• Informações úteis podem ser copiadas para a área de transferência e coladas em outros aplicativos para processamento adicional ou elaboração de relatórios. Selecione as redes necessárias e escolha Copy no menu de contexto. Além disso, as informações exibidas podem ser personalizadas selecionando quais colunas serão mostradas por meio do comando Show/Hide Columns no menu de contexto.
• Um relatório que destaca os resultados gerados pela análise também está disponível ao selecionar Display Report no menu de contexto do painel Signal Integrity. Isso abre o arquivo de relatório Signal Integrity Tests Report.txt no Editor de Texto e o adiciona ao projeto.

Configuração de preferências

Você pode especificar várias preferências que se aplicam a todas as análises definidas. Elas incluem configurações gerais, método de integração e limites de precisão. Quaisquer alterações feitas nas preferências serão aplicadas a todos os projetos.

Clique no botão Menu no painel Signal Integrity e selecione Preferences para abrir a caixa de diálogo Signal Integrity Preferences.

A caixa de diálogo Signal Integrity Preferences

• Use a aba General para definir as opções de tratamento de erros que exibem dicas e/ou avisos quando há erros no projeto relacionados à execução de uma análise de integridade de sinal. Todas as dicas ou avisos encontrados serão listados como mensagens no painel Messages. Se a opção Show Warnings estiver habilitada e houver avisos, uma caixa de diálogo de confirmação de aviso aparecerá ao tentar acessar o painel Signal Integrity. Além disso, você pode optar por ocultar o painel Signal Integrity após escolher exibir as formas de onda. Você também pode definir as unidades padrão para medições de integridade de sinal e se os títulos dos gráficos e os gráficos de FFT serão exibidos quando as formas de onda resultantes forem mostradas no editor SimData.

• A aba Configuration define vários limites relacionados à simulação, como a distância máxima entre redes acopladas e o comprimento mínimo para que um trecho seja considerado acoplado.

• A aba Integration define o método de integração numérica usado na análise. O método Trapezoidal é relativamente rápido e preciso, mas tende a oscilar sob determinadas condições. Os métodos Gear exigem tempos de análise maiores, mas tendem a ser mais estáveis. Usar uma ordem de Gear mais alta teoricamente leva a resultados mais precisos, mas aumenta o tempo de análise. O padrão é Trapezoidal.

• A aba Accuracy na caixa de diálogo Signal Integrity Preferences define os limites de tolerância e as configurações de limite para vários algoritmos computacionais envolvidos na análise.

  Opções de precisão

  Opção	Descrição
  RELTOL	Tolerância relativa para o cálculo dos valores de corrente e tensão
  ABSTOL	Tolerância absoluta para o cálculo dos valores de corrente
  VNTOL	Tolerância absoluta para o cálculo dos valores de tensão
  TRTOL	Fator de estimativa do erro de integração
  NRVABS	Limite do erro de truncamento usando o algoritmo de Newton-Raphson
  DTMIN	Tamanho mínimo permitido do passo de tempo
  ITL	Número máximo de iterações usando o algoritmo de Newton-Raphson
  LIMPTS	Número máximo de pares de valores no arquivo de saída para cada curva de tensão

• Use a aba DC Analysis para definir os limites de tolerância e as configurações de limite para vários parâmetros associados à análise CC.

Configuração de tolerâncias

Testes padrão de overshoot e undershoot são definidos, pois essas provavelmente são as melhores características para determinar quais redes podem ser as mais problemáticas. Quatro regras de tolerância padrão e quaisquer regras de integridade de sinal definidas no esquemático ou na PCB são habilitadas e executadas na primeira análise do projeto. Para habilitar ou desabilitar essas regras, clique no botão Menu no painel Signal Integrity e selecione Set Tolerances. A caixa de diálogo Set Screening Analysis Tolerances será exibida.

A caixa de diálogo Set Screening Analysis Tolerances

Clique na caixa de seleção Enabled ao lado de um tipo de regra para habilitar a execução dessa regra quando o projeto for analisado.

Clique em PCB Signal Integrity Rules (se não estiver no modo somente esquemático) para abrir a caixa de diálogo PCB Rules and Constraints Editor, na qual você pode adicionar ou modificar quaisquer regras de integridade de sinal necessárias. Clique em OK até retornar ao painel Signal Integrity.

Preparação das análises

Antes de executar as análises, é necessário selecionar as redes que serão analisadas em mais detalhes. Você também pode editar os buffers para visualizar ou alterar a tecnologia dos componentes e as propriedades dos pinos, além de adicionar terminações às redes, se necessário.

Seleção das redes a serem analisadas

Para realizar análises adicionais nas redes (reflexão e/ou diafonia), as redes devem ser selecionadas na lista à direita do painel Signal Integrity. Clique duas vezes em uma rede na lista à esquerda para selecioná-la e movê-la para a lista à direita. Como alternativa, use os botões de seta para mover redes de e para esse estado selecionado. Você pode selecionar várias redes na lista à esquerda mantendo pressionadas as teclas Shift ou Ctrl.

Você pode realizar a sondagem cruzada das redes selecionadas no documento de esquemático ou de PCB correspondente selecionando as opções Cross Probe no menu de contexto. O documento de destino será ativado na área de projeto e as redes selecionadas serão exibidas de acordo com os métodos de destaque definidos na página Sistema – Navegação da caixa de diálogo Preferences.

Quando as redes estiverem nesse estado selecionado, será possível realizar configurações adicionais antes de executar uma simulação.

Definição de redes vítimas e agressoras

No caso de análises de diafonia, é necessário definir uma rede vítima ou agressora. Observe que, devido à natureza da análise, essa funcionalidade só está disponível quando duas ou mais redes tiverem sido selecionadas (movidas para a lista à direita).

Selecione uma rede na lista de redes à direita, clique com o botão direito do mouse e selecione Set Aggressor ou Set Victim, conforme necessário. O estado das redes será atualizado. Para remover essas definições, selecione Clear Status no menu de contexto.

Definição da direção dos pinos bidirecionais

É possível definir a direção dos pinos bidirecionais de uma determinada rede. Para definir a direção, selecione a rede desejada na lista superior à direita. Isso exibirá abaixo uma lista dos pinos dessa rede. Na lista de pinos, altere o estado de entrada/saída de cada pino bidirecional selecionado clicando com o botão direito do mouse e escolhendo um estado no menu de contexto. Essas configurações de entrada/saída serão salvas com o projeto para a próxima vez que você usar esse painel.

Você também pode realizar a sondagem cruzada do pino/pad no documento de esquemático ou de PCB correspondente selecionando as opções Cross Probe no menu de contexto. O documento de destino será ativado na área de projeto e o pino/pad selecionado será exibido de acordo com os métodos de destaque definidos na página Sistema – Navegação da caixa de diálogo Preferences.

Edição de buffers

Você pode querer visualizar ou alterar a tecnologia do componente e as propriedades dos pinos, como os modelos de entrada e saída e a direção dos pinos. Só é possível modificar componentes conectados à rede atualmente selecionada na lista à direita. A opção Edit Buffer do menu de contexto da lista de pinos permite acessar a caixa de diálogo de dados do componente.

A caixa de diálogo e as opções exibidas dependerão do tipo de componente ao qual o pino pertence, por exemplo, resistor, CI, BJT etc. A caixa de diálogo Integrated Circuit exibida corresponde a um componente do tipo CI.

A caixa de diálogo Integrated Circuit

A escolha de Technology e Direction para um pino exibirá uma lista dos modelos de entrada e/ou saída pertinentes para seleção. As alterações na tecnologia e na direção são usadas apenas localmente na análise e não serão salvas quando o painel for redefinido.

Os campos Technology, Input Model e Output Model do componente são sensíveis ao contexto. Quando você escolhe uma tecnologia para o componente, os modelos padrão do componente são obtidos dessa tecnologia. Observe que, se modelos específicos já tiverem sido atribuídos aos pinos (por exemplo, durante a importação de um modelo IBIS), alterar a tecnologia do componente não reatribuirá os modelos desses pinos.

Terminações

As oscilações visíveis na forma de onda de um sinal são causadas por múltiplas reflexões na linha de transmissão (trilha) associada. Essas reflexões, ou “ringing”, ocorrem com mais frequência em projetos de PCB devido ao descasamento de impedância entre o driver e o receptor – geralmente quando há um driver de baixa impedância e um receptor de alta impedância.

Obter uma boa qualidade de sinal na carga significaria, idealmente, não ter reflexões (sem ringing). O nível de ringing pode ser reduzido a um nível aceitável para o projeto usando uma terminação.

O painel Signal Integrity incorpora um assistente de terminação, que permite inserir “terminações virtuais” em uma rede, em um local definido por você. Dessa forma, você pode testar várias estratégias de terminação sem fazer alterações físicas na placa.

As simulações de terminação disponíveis são:

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

Cada tipo de terminação pode ser ativado ou desativado na lista de terminações. Vários tipos de terminação podem ser ativados ao realizar análises de reflexão e diafonia — um conjunto separado de formas de onda será produzido para cada um. Isso permite determinar a melhor terminação a ser adicionada ao projeto para obter a melhor qualidade de sinal nas linhas de transmissão e, assim, reduzir as reflexões (ringing) a um nível aceitável.

Quando uma análise de reflexão ou diafonia é executada, cada tipo de terminação ativado será testado e produzirá um conjunto separado de formas de onda. Quando a terminação Serial Res for usada, ela será posicionada em todos os pinos de saída da rede selecionada. Para os outros tipos de terminação, ela será posicionada em todos os pinos de entrada da rede.

Para obter os melhores resultados com as terminações, também será necessário definir os valores dos componentes envolvidos com base nas características da rede.

• Quando uma terminação é selecionada, um diagrama dessa terminação é exibido abaixo. Esse diagrama permite definir os valores mínimo e máximo dos resistores e capacitores usados nas terminações.
• Os valores mínimo e máximo são usados quando a contagem de varreduras (mostrada na lista de terminações) é definida como um número maior que um.
• Para obter mais informações sobre um tipo de terminação, selecione-o e clique no botão ? (Ajuda). Se você ativar a opção Suggest, os valores sugeridos serão calculados (de acordo com a fórmula indicada na janela de informações de cada tipo de terminação) e exibidos em cinza. Você pode aceitar esses valores ou desativar a opção Suggest e inserir seus próprios valores, conforme necessário.
• Se você quiser executar a análise com uma faixa de varredura de valores para os componentes de terminação, certifique-se de que a opção Perform Sweep esteja habilitada e defina o número de Sweep Steps necessário para a execução das análises. Os valores usados em cada etapa da varredura dependerão dos valores mínimo e máximo inseridos e do valor escolhido no campo Sweep Steps (por exemplo, se Sweep Steps estiver definido como 2, a primeira etapa da análise usará o valor mínimo e a segunda, o máximo). Observe que um conjunto separado de formas de onda será gerado para cada etapa da varredura, para fins de comparação.

Inserção de uma terminação no esquemático

Depois que as formas de onda forem criadas e a terminação ideal for identificada, pode ser desejável inserir essa terminação diretamente na folha do esquemático. Isso pode ser feito pelo menu de contexto na lista Termination. Observe que a inserção será aplicada apenas à rede selecionada no momento.

Se você quiser inserir o circuito de terminação selecionado no esquemático, em vez de apenas usá-lo como uma “terminação virtual”:

1. Clique com o botão direito na seção Termination do painel Signal Integrity e selecione Place on Schematic.

2. A caixa de diálogo Place Termination será exibida, permitindo definir várias propriedades, como quais componentes de biblioteca usar para os componentes de terminação, se o posicionamento será automático ou manual, se os componentes serão inseridos em todos os pinos aplicáveis ou apenas no pino selecionado e os valores exatos a serem usados para os componentes. Clique em OK para continuar.

   
   A caixa de diálogo Place Termination

3. O Analisador de Integridade de Sinal localiza o documento esquemático de origem ao qual o pino pertence. Em seguida, em um espaço livre do documento, ele adiciona os componentes necessários com os valores corretos (resistores, capacitores ou o que for necessário) e os objetos de alimentação. Conecte esse circuito de terminação ao pino apropriado no esquemático.

Observe que, após isso, provavelmente ainda será necessário conectar corretamente os componentes ao pino. Além disso, se também houver uma PCB envolvida, esses componentes precisarão ser sincronizados e roteados na PCB. Sincronize a PCB para adicionar esses componentes também, selecionando Design » Update PCB.

Execução das análises

Depois que as redes tiverem sido configuradas conforme necessário (e as opções de terminação tiverem sido escolhidas), clique no botão Reflections ou Crosstalks no painel Signal Integrity para gerar as formas de onda.

• Em uma análise de reflexão, uma ou mais redes podem ser simuladas. No entanto, a quantidade deve ser mantida em um nível razoável, pois o tempo de análise aumenta consideravelmente ao analisar um grande número de redes.

  O Analisador de Integridade de Sinal calcula as tensões nos nós de uma rede usando informações de roteamento e de camadas da PCB e os modelos associados de buffers de E/S dos transmissores e receptores. Um solucionador de campos 2D calcula automaticamente a caracterização elétrica das linhas de transmissão. A modelagem pressupõe que as perdas no caminho em CC sejam pequenas o suficiente para serem ignoradas.

• Para uma análise de diafonia, pelo menos duas redes devem ser incluídas. Normalmente, duas ou três redes são consideradas por vez ao realizar uma análise de diafonia, geralmente uma rede e suas duas vizinhas imediatas.

  O nível de diafonia (ou a intensidade da EMI) é diretamente proporcional às reflexões em uma linha de sinal. Se as condições de qualidade do sinal forem atendidas e as reflexões forem reduzidas a um nível praticamente desprezível por meio da terminação correta do sinal, ou seja, se o sinal chegar ao seu destino com dispersão mínima, a diafonia também será minimizada. Consulte Terminações para obter mais informações.

  A análise de diafonia só é possível ao realizar uma análise de integridade de sinal pós-layout a partir de um documento de projeto de PCB. Isso ocorre porque esse tipo de análise exige redes roteadas.

Após clicar em um botão, a análise é iniciada e um arquivo de dados de simulação (<ProjectName>.sdf) é gerado. Esse arquivo é aberto em uma aba separada, exibindo os resultados das análises no editor SimData.

Consulte Como trabalhar com os resultados da análise de integridade de sinal para saber mais.