Настройка и проведение анализа целостности сигналов

Когда проект подготовлен к анализу целостности сигналов в соответствии с требованиями, настройте и выполните сам анализ, как описано на этой странице.

Настройка параметров анализа целостности сигналов

При выборе Tools » Signal Integrity, если всем компонентам назначены модели, открывается диалоговое окно SI Setup Options. Оно появляется при первом запуске этой команды в открытом проекте.

Диалоговое окно SI Setup Options

1. Задайте необходимые значения волнового сопротивления и средней длины проводников. Эти параметры трассировки требуются только при наличии цепей, которые еще не перенесены на плату, или неразведенных цепей на плате.

   Обратите внимание: вкладки Supply Nets и Stimulus отображаются только в режиме работы со схемой без платы.
2. Нажмите Analyze Design, чтобы выполнить начальный предварительный анализ с настройками по умолчанию и открыть панель Signal Integrity, на которой можно выбрать цепи для дальнейшего анализа отражений или перекрестных помех.

При первом анализе проекта включаются и проверяются четыре правила допусков по умолчанию, а также все правила целостности сигналов, заданные на схеме или плате. Эти допуски можно настроить позднее на панели Signal Integrity, нажав кнопку Menu и выбрав Set Tolerances.

Параметры анализа целостности сигналов в режиме работы только со схемой

Если в проекте нет платы, параметры анализа целостности сигналов можно изменить в любой момент, нажав кнопку Menu на панели Signal Integrity и выбрав Setup Options. Откроется диалоговое окно SI Setup Options.

На вкладке Track Setup можно настроить длину проводников по умолчанию для моделирования. При наличии платы этот параметр не используется, поскольку для платы применяются правила ширины проводников. Если параметр Use Manhattan length отключен, плата использует это значение. На этой вкладке также задайте Track Impedance.

Перейдите на вкладки Supply Nets и Stimulus, чтобы просмотреть и включить правила для цепей и возбуждающих сигналов. Эти вкладки предоставляют дополнительный способ задания соответствующих характеристик, помимо стандартного определения правил на плате или схеме.

Вкладки диалогового окна SI Setup Options при работе только со схемой

Использование панели Signal Integrity

После выполнения начальной настройки на панель Signal Integrity загружаются данные только что выполненного предварительного анализа. Результаты анализа и сведения о том, какие цепи прошли различные проверки, отображаются в списке в левой части панели. Затем проблемные цепи можно исследовать подробнее, выполнив быстрый анализ отражений и перекрестных помех. Возможность добавления виртуальных согласующих нагрузок позволяет определить, какие дополнительные цепи необходимо добавить в проект для устранения проблем и достижения наилучшей целостности сигналов.

Панель Signal Integrity используется для настройки процесса анализа целостности сигналов и управления им.

Просмотр результатов предварительного анализа

Начальный предварительный анализ обеспечивает быстрое моделирование множества цепей, позволяя получить дополнительную информацию и выявить критические цепи для более тщательного исследования, например подробного анализа отражений и/или перекрестных помех. Результаты этого анализа отображаются в списке слева в табличном виде. Для каждой цепи проекта в столбцах могут отображаться следующие сведения:

Нажмите кнопку Menu или щелкните правой кнопкой мыши в таблице, чтобы открыть подменю Show/Hide Columns, в котором можно включить или отключить отображение нужных столбцов данных.

Каждая цепь может относиться к одной из трех категорий: Passed, Failed или Not Analyzed.

	У цепи категории Passed все значения находятся в пределах, заданных проверками.
	У цепи категории Failed хотя бы одно значение выходит за установленные пределы допусков. Все значения, не прошедшие проверку, выделяются желтым цветом.
	Цепь категории Not Analyzed по какой-либо причине не удалось проверить. Чтобы узнать причину, включите столбец Analysis Errors.

Цепи, не прошедшие проверку

К распространенным причинам невозможности предварительного анализа цепи относятся наличие в ней разъема, диода или транзистора, а также отсутствие выходных выводов или наличие нескольких выходных выводов. При проверке цепей с двунаправленными выводами, в которых нет отдельного выходного вывода, каждый двунаправленный вывод поочередно моделируется как выходной. Отображается наихудший результат из полученных при таком моделировании.

В цепях могут присутствовать и другие ошибки, приводящие к неверным результатам как предварительного анализа, так и последующего моделирования. Строки таких цепей целиком выделяются красным цветом. Кроме того, цепи, для которых выполнено моделирование (т. е. цепи, еще не разведенные на печатной плате), выделяются светло-серым цветом.

Проверка цепей со статусом Failed или Not Analyzed

Чтобы узнать причину присвоения цепи статуса Failed или Not Analyzed:

• Если вся строка цепи выделена красным цветом, выберите ее, затем щелкните правой кнопкой мыши и выберите Show Errors. При этом на панель Messages также добавляются сообщения, из которых можно выполнить перекрестный переход для устранения обнаруженных проблем.

  

• Чтобы просмотреть всю доступную информацию о выбранной цепи, щелкните правой кнопкой мыши и выберите Details. В диалоговом окне Full Details отображаются все результаты предварительного анализа, которые могут быть показаны в таблице результатов, а также следующие сведения:
  • Component Count — количество компонентов, контактные площадки которых подключены к выбранной цепи.
  • Track Count — количество отдельных разведенных сегментов дорожек, составляющих всю разведенную цепь.
  • Minimum Impedance (Ohms) — минимальный импеданс цепи с учетом импедансов всех отдельных сегментов дорожек этой цепи.
  • Maximum Impedance (Ohms) — максимальный импеданс цепи с учетом импедансов всех отдельных сегментов дорожек этой цепи.

  

• Выберите Cross Probe в контекстном меню (или нажмите Menu), чтобы выполнить перекрестный переход к выбранной цепи на схеме или печатной плате.

  Используйте сочетание клавиш F4, чтобы включать и выключать отображение панели Signal Integrity (и других панелей, находящихся в «плавающем» режиме) для быстрого переключения между панелью и проектом.
• Чтобы определить, какие цепи связаны с отдельной цепью или группой цепей, выберите нужные цепи, затем щелкните правой кнопкой мыши и выберите Find Coupled Nets. Будут выбраны все цепи, связанные с выбранными. Критерии, по которым цепи считаются связанными, можно настроить в диалоговом окне Signal Integrity Preferences (для его открытия нажмите кнопку Menu и выберите Preferences на панели Signal Integrity).
• Полезную информацию можно скопировать в буфер обмена и вставить в другие приложения для дальнейшей обработки или подготовки отчетов. Выберите нужные цепи и команду Copy в контекстном меню. Кроме того, отображаемую информацию можно настроить, выбрав нужные столбцы с помощью команды Show/Hide Columns в контекстном меню.
• Отчет с результатами анализа также можно получить, выбрав Display Report в контекстном меню панели Signal Integrity. Файл отчета Signal Integrity Tests Report.txt откроется в текстовом редакторе и будет добавлен в проект.

Настройка параметров

Можно задать различные параметры, применяемые ко всем определенным вами видам анализа. К ним относятся общие настройки, метод интегрирования и пороговые значения точности. Любые изменения этих параметров будут применяться ко всем проектам.

Нажмите кнопку Menu на панели Signal Integrity и выберите Preferences, чтобы открыть диалоговое окно Signal Integrity Preferences.

Диалоговое окно Signal Integrity Preferences

• На вкладке General можно настроить обработку ошибок: отображение подсказок и/или предупреждений при наличии в проекте ошибок, связанных с выполнением анализа целостности сигналов. Все обнаруженные подсказки и предупреждения будут перечислены в виде сообщений на панели Messages. Если включен параметр Show Warnings и имеются предупреждения, при попытке открыть панель Signal Integrity появится диалоговое окно подтверждения предупреждений. Кроме того, можно включить скрытие панели Signal Integrity после выбора отображения осциллограмм. Также можно задать единицы измерения по умолчанию для анализа целостности сигналов и указать, следует ли отображать заголовки графиков и диаграммы БПФ при просмотре результирующих осциллограмм в редакторе SimData.

• На вкладке Configuration задаются различные пороговые значения, связанные с моделированием, например максимальное расстояние между связанными цепями и минимальная длина участка, при которой он считается связанным.

• На вкладке Integration задается метод численного интегрирования, используемый при анализе. Метод Trapezoidal сравнительно быстр и точен, но при определенных условиях склонен к возникновению численных колебаний. Методы Gear требуют больше времени на анализ, но, как правило, более устойчивы. Использование метода Гира более высокого порядка теоретически дает более точные результаты, но увеличивает время анализа. По умолчанию используется Trapezoidal.

• На вкладке Accuracy диалогового окна Signal Integrity Preferences задаются пороговые значения допусков и ограничения для различных вычислительных алгоритмов, используемых при анализе.

  Параметры точности

  Параметр	Описание
  RELTOL	Относительный допуск при расчете значений тока и напряжения
  ABSTOL	Абсолютный допуск при расчете значений тока
  VNTOL	Абсолютный допуск при расчете значений напряжения
  TRTOL	Коэффициент оценки погрешности интегрирования
  NRVABS	Предельная погрешность усечения при использовании алгоритма Ньютона — Рафсона
  DTMIN	Минимально допустимый шаг по времени
  ITL	Максимальное количество итераций при использовании алгоритма Ньютона — Рафсона
  LIMPTS	Максимальное количество пар значений в выходном файле для каждой кривой напряжения

• На вкладке DC Analysis можно задать пороговые значения допусков и ограничения для различных параметров анализа по постоянному току.

Настройка допусков

По умолчанию заданы проверки положительных и отрицательных выбросов, поскольку именно эти характеристики, вероятно, лучше всего подходят для определения наиболее проблемных цепей. При первом анализе проекта включаются и выполняются четыре правила допусков по умолчанию и все правила целостности сигналов, заданные на схеме или печатной плате. Чтобы включить или отключить эти правила, нажмите кнопку Menu на панели Signal Integrity и выберите Set Tolerances. Откроется диалоговое окно Set Screening Analysis Tolerances.

Диалоговое окно Set Screening Analysis Tolerances

Установите флажок Enabled рядом с типом правила, чтобы это правило выполнялось при анализе проекта.

Нажмите PCB Signal Integrity Rules (если не используется режим работы только со схемой), чтобы открыть диалоговое окно PCB Rules and Constraints Editor, в котором можно добавить или изменить необходимые правила целостности сигналов. Нажимайте OK, пока не вернетесь к панели Signal Integrity.

Подготовка к анализу

Перед запуском анализа необходимо выбрать цепи для дальнейшего исследования. Также можно отредактировать буферы, чтобы просмотреть или изменить технологию изготовления компонентов и свойства выводов, а при необходимости добавить в цепи согласующие нагрузки.

Выбор цепей для анализа

Для дальнейшего анализа цепей (отражений и/или перекрестных помех) необходимо выбрать цепи в правом списке панели Signal Integrity. Дважды щелкните цепь в левом списке, чтобы выбрать ее и переместить в правый список. Также можно использовать кнопки со стрелками для перемещения цепей в список выбранных и обратно. Чтобы выбрать несколько цепей в левом списке, удерживайте клавишу Shift или Ctrl.

Чтобы перейти к выбранным цепям в соответствующем документе схемы или печатной платы с помощью перекрестного зондирования, выберите команды Cross Probe в контекстном меню. Целевой документ станет активным в рабочей области, а выбранные цепи будут отображены с использованием способов подсветки, заданных на странице System – Navigation диалогового окна Preferences.

После перемещения цепей в список выбранных можно выполнить их дополнительную настройку перед запуском моделирования.

Назначение цепей-жертв и цепей-агрессоров

Для анализа перекрестных помех необходимо назначить цепь-жертву или цепь-агрессор. Обратите внимание: ввиду особенностей этого анализа данная функция доступна только в том случае, если выбраны две или более цепи (перемещены в правый список).

Выберите цепь в правом списке, щелкните правой кнопкой мыши и выберите Set Aggressor или Set Victim в зависимости от задачи. Статус цепей будет обновлен. Чтобы снять назначение, выберите Clear Status в контекстном меню.

Задание направления двунаправленных выводов

Для двунаправленных выводов заданной цепи можно указать направление. Для этого выберите нужную цепь в верхнем правом списке. Ниже отобразится список выводов этой цепи. Чтобы изменить статус входа/выхода для выбранного двунаправленного вывода, щелкните его правой кнопкой мыши и выберите нужный статус в контекстном меню. Эти настройки входа/выхода сохраняются в проекте и будут доступны при следующем использовании панели.

Также можно перейти к выводу/контактной площадке в соответствующем документе схемы или печатной платы с помощью перекрестного зондирования, выбрав команды Cross Probe в контекстном меню. Целевой документ станет активным в рабочей области, а выбранный вывод или контактная площадка будут отображены с использованием способов подсветки, заданных на странице System – Navigation диалогового окна Preferences.

Редактирование буферов

При необходимости можно просмотреть или изменить технологию компонента и свойства выводов, например входные и выходные модели и направление вывода. Изменять можно только компоненты, подключенные к цепи, выбранной в правом списке. Команда Edit Buffer в контекстном меню списка выводов открывает диалоговое окно данных компонента.

Вид диалогового окна и доступные параметры зависят от типа компонента, которому принадлежит вывод, например резистор, ИС, биполярный транзистор и т. д. Показанное диалоговое окно Integrated Circuit предназначено для компонента типа ИС.

Диалоговое окно Integrated Circuit

При выборе Technology и Direction для вывода отображается список соответствующих входных и/или выходных моделей, из которого можно выбрать нужную. Изменения технологии и направления используются только локально при анализе и не сохраняются при сбросе панели.

Поля компонента Technology, Input Model и Output Model являются контекстно-зависимыми. При выборе технологии компонента из нее берутся модели компонента по умолчанию. Обратите внимание: если выводам уже назначены определенные модели (например, при импорте модели IBIS), изменение технологии компонента не приведет к переназначению моделей этих выводов.

Согласование

Колебания, наблюдаемые на осциллограмме сигнала, обусловлены многократными отражениями в соответствующей линии передачи (дорожке). Эти отражения, или «звон», в печатных платах чаще всего возникают из-за рассогласования импедансов драйвера и приемника — обычно при низком выходном импедансе драйвера и высоком входном импедансе приемника.

В идеале для обеспечения хорошего качества сигнала на нагрузке отражения должны отсутствовать (без звона). С помощью согласования уровень звона можно снизить до допустимого для проекта значения.

Панель Signal Integrity включает средство подбора согласования, позволяющее добавлять в цепь «виртуальные согласующие цепи» в заданном месте. Это позволяет проверять различные способы согласования, не внося физических изменений в плату.

Доступны следующие варианты моделирования согласования:

• 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

Каждый тип согласования можно включить или отключить в списке. При анализе отражений и перекрестных помех можно включить несколько типов согласования — для каждого будет сформирован отдельный набор осциллограмм. Это позволяет определить оптимальное согласование для добавления в проект, чтобы обеспечить наилучшее качество сигнала в линиях передачи и снизить отражения (звон) до допустимого уровня.

При запуске анализа отражений или перекрестных помех проверяется каждый включенный тип согласования, и для него формируется отдельный набор осциллограмм. При использовании согласования Serial Res согласующие цепи размещаются на всех выходных выводах выбранной цепи. Для других типов согласования согласующие цепи размещаются на всех входных выводах цепи.

Для получения наилучших результатов согласования также необходимо задать номиналы используемых компонентов с учетом характеристик цепи.

• При выборе согласования ниже отображается его схема. На этой схеме можно задать минимальные и максимальные номиналы резисторов и конденсаторов, используемых для согласования.
• Минимальные и максимальные значения используются, когда число шагов перебора (указанное в списке согласований) больше единицы.
• Чтобы получить дополнительные сведения о типе согласования, выберите его и нажмите кнопку ? (Справка). Если включить параметр Suggest, рекомендуемые значения будут рассчитаны (по формуле, указанной во всплывающем информационном окне для каждого типа согласования) и отображены серым цветом. Можно принять эти значения или отключить параметр Suggest и при необходимости ввести собственные.
• Если вы хотите выполнить анализ с перебором значений компонентов согласующей цепи в заданном диапазоне, убедитесь, что параметр Perform Sweep включен, и задайте необходимое количество Sweep Steps при выполнении анализа. Значения, используемые на каждом шаге перебора, зависят от введенных минимального и максимального значений и значения, выбранного в поле Sweep Steps (например, если для Sweep Steps задано значение 2, при первом проходе анализа будет использовано минимальное значение, а при втором — максимальное). Обратите внимание: для каждого шага перебора будет сформирован отдельный набор осциллограмм для сравнения.

Размещение согласующей цепи на схеме

После получения осциллограмм и определения оптимальной согласующей цепи может потребоваться разместить эту цепь непосредственно на листе схемы. Это можно сделать через контекстное меню в списке Termination. Обратите внимание: размещение применяется только к выбранной в данный момент цепи.

Если вы хотите разместить выбранную согласующую цепь на схеме, а не просто использовать ее в качестве «виртуальной согласующей цепи»:

1. Щелкните правой кнопкой мыши в разделе Termination панели Signal Integrity и выберите Place on Schematic.

2. Откроется диалоговое окно Place Termination, в котором можно настроить различные параметры: выбрать библиотечные компоненты для согласующей цепи, задать автоматическое или ручное размещение, указать, следует ли размещать компоненты на всех подходящих выводах или только на выбранном, а также задать точные номиналы компонентов. Нажмите OK, чтобы продолжить.

   
   Диалоговое окно Place Termination

3. Анализатор целостности сигналов найдет исходный документ схемы, которому принадлежит вывод. Затем на свободном месте в документе он добавит необходимые компоненты с нужными номиналами (резисторы, конденсаторы или другие требуемые компоненты) и объекты питания. Подключите эту согласующую цепь к соответствующему выводу на схеме.

Обратите внимание: после этого, скорее всего, потребуется правильно соединить компоненты с выводом проводниками. Кроме того, если в проекте также есть печатная плата, эти изменения необходимо синхронизировать с ней и выполнить трассировку добавленных компонентов. Чтобы добавить эти компоненты на плату, выполните синхронизацию, выбрав Design » Update PCB.

Запуск анализа

После необходимой настройки цепей (и выбора параметров согласования) нажмите кнопку Reflections или Crosstalks на панели Signal Integrity, чтобы сформировать осциллограммы.

• При анализе отражений можно моделировать одну или несколько цепей. Однако их количество следует ограничивать разумными пределами, поскольку при анализе большого числа цепей время расчета значительно увеличивается.

  Анализатор целостности сигналов рассчитывает напряжения в узлах цепи, используя данные о трассировке и слоях печатной платы, а также связанные модели буферов ввода-вывода передатчиков и приемников. Двумерный решатель электромагнитного поля автоматически рассчитывает электрические характеристики линий передачи. При моделировании предполагается, что потери в тракте на постоянном токе достаточно малы и ими можно пренебречь.

• Для анализа перекрестных помех необходимо включить в анализ как минимум две цепи. Обычно при таком анализе одновременно рассматривают две или три цепи: как правило, одну цепь и две непосредственно соседствующие с ней.

  Уровень перекрестных помех (или степень электромагнитных помех) прямо пропорционален отражениям в сигнальной линии. Если требования к качеству сигнала соблюдены, а отражения сведены к практически пренебрежимо малому уровню благодаря правильному согласованию, то есть сигнал поступает к месту назначения с минимальным паразитным рассеянием, перекрестные помехи также будут минимальны. Подробнее см. в разделе Согласующие цепи.

  Анализ перекрестных помех возможен только при анализе целостности сигналов после трассировки из документа печатной платы. Это связано с тем, что для такого анализа необходимы разведенные цепи.

После нажатия кнопки начинается анализ и формируется файл данных моделирования (<ProjectName>.sdf). Этот файл открывается на отдельной вкладке, где результаты анализа отображаются в редакторе SimData.

Подробнее см. в разделе Работа с результатами анализа целостности сигналов.