Настройка и запуск анализа целостности сигналов

Когда проект подготовлен для анализа целостности сигналов (SI) в требуемом объеме, настройте и запустите сам анализ, как описано на этой странице.

Настройка параметров SI Setup

Когда вы выбираете Tools » Signal Integrity и всем компонентам назначены модели, диалог SI Setup Options отображается при первом запуске этой команды в открытом проекте.

Диалог SI Setup Options

1. Задайте требуемые значения импеданса дорожек и средней длины дорожки. Эти характеристики трассировки нужны только в том случае, если есть цепи, еще не перенесенные на PCB, или нетрассированные цепи на PCB.

   Обратите внимание: вкладки Supply Nets и Stimulus отображаются только в режиме «только схема».
2. Нажмите Analyze Design, чтобы выполнить начальный анализ-скрининг с настройками по умолчанию и открыть панель Signal Integrity, где можно дополнительно выбрать цепи для анализа отражений или перекрестных помех.

Четыре правила допусков по умолчанию, а также любые правила Signal Integrity, заданные в схеме или на PCB, при первом анализе проекта включены и выполняются. Эти допуски можно настроить позже на панели Signal Integrity, нажав кнопку Menu и выбрав Set Tolerances.

Параметры Signal Integrity Setup в режиме «только схема»

Если в проекте нет PCB, вы можете в любой момент изменить параметры настройки SI, нажав кнопку Menu на панели Signal Integrity и выбрав Setup Options. Откроется диалог SI Setup Options.

Вкладка Track Setup позволяет настроить длину дорожек по умолчанию при моделировании. Она не используется, когда в проекте присутствует PCB, так как PCB использует правила ширины; то есть если параметр Use Manhattan length отключен, PCB использует это значение. На этой вкладке также задайте Track Impedance.

Откройте вкладки Supply Nets и Stimulus, чтобы просмотреть и включить информацию о правилах для цепей и воздействий (stimulus). Эти вкладки предоставляют альтернативный интерфейс для задания этих характеристик помимо стандартного способа — через правила на PCB или в схеме.

Вкладки диалога SI Setup Options при доступе в режиме «только схема»

Использование панели Signal Integrity

После выполнения начальной настройки панель Signal Integrity будет заполнена данными из только что выполненного скринингового анализа. Результаты этого анализа и отображение того, какие цепи прошли различные тесты, показаны в списке в левой части панели. Затем проблемные цепи можно проанализировать более детально, запустив быстрый анализ отражений и перекрестных помех. Возможность добавлять виртуальные согласующие элементы (virtual terminations) позволяет определить, какие дополнительные цепи нужно добавить в проект, чтобы устранить проблемные места и тем самым получить наиболее эффективные характеристики целостности сигналов.

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

Просмотр результатов скрининга

Начальный скрининговый анализ выполняет быстрое моделирование множества цепей, чтобы вы могли получить больше информации и выявить критические цепи для более тщательной проверки, например детального анализа отражений и/или перекрестных помех. Список в левой части панели отображает результаты этого анализа в табличном виде. Для каждой цепи в проекте могут отображаться следующие столбцы:

Используйте кнопку Menu или щелкните правой кнопкой мыши в таблице, чтобы открыть подменю Show/Hide Columns, где можно включать/отключать отображение столбцов данных по необходимости.

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

	Цепь Passed — все значения находятся в пределах, заданных тестами.
	Цепь Failed — как минимум одно значение выходит за заданные уровни допусков. Все значения, не прошедшие проверку, подсвечиваются желтым.
	Цепь Not Analyzed — по какой-то причине не удалось выполнить скрининг. Чтобы увидеть причину, включите столбец Analysis Errors.

Цепи, не прошедшие проверку

Распространенные причины невозможности проанализировать цепь при скрининге: наличие разъема, диода или транзистора, отсутствие выходных выводов или наличие нескольких выходных выводов. При скрининге цепей, содержащих двунаправленные выводы, если в цепи нет выделенного выходного вывода, каждый двунаправленный вывод моделируется отдельно как выходной. Отображается наихудший результат из этих моделирований.

У цепей могут быть и другие ошибки, которые приведут к некорректным результатам анализа как в скрининге, так и в последующих моделированиях. Такие цепи отображаются с полностью окрашенной в красный строкой. Кроме того, цепи, которые были смоделированы (т. е. цепи, которые еще не трассированы на PCB), окрашиваются светло-серым.

Проверка цепей, не прошедших проверку или не проанализированных

Чтобы увидеть причину для цепи со статусом Failed или Not Analyzed:

• Если вся строка цепи подсвечена красным, выделите ее, затем щелкните правой кнопкой мыши и выберите Show Errors. Это также добавит сообщения на панель Messages, по которым можно выполнить перекрестную навигацию (cross-probing) для исправления проблем.

  

• Чтобы просмотреть всю доступную информацию по выбранной цепи, щелкните правой кнопкой мыши и выберите Details. Диалог Full Details показывает все результаты скринингового анализа, которые могут отображаться в таблице результатов, а также следующее:
  • Component Count – сколько компонентов имеют площадки, подключенные к выбранной цепи.
  • Track Count – сколько отдельных проложенных сегментов дорожек составляет общую трассированную цепь.
  • Minimum Impedance (Ohms) – минимальный импеданс цепи с учетом индивидуальных импедансов всех сегментов дорожек в цепи.
  • Maximum Impedance (Ohms) – максимальный импеданс цепи с учетом индивидуальных импедансов всех сегментов дорожек в цепи.

  

• Выберите Cross Probe в контекстном меню (или нажмите Menu), чтобы выполнить cross probe к выбранной цепи на схеме или на PCB.

  Используйте горячую клавишу F4, чтобы переключать отображение панели Signal Integrity (и других панелей, которые сейчас находятся в «плавающем» режиме), чтобы быстро переключаться между панелью и вашим проектом.
• Отобразите, какие цепи связаны (coupled) с одной цепью или группой цепей: выделите нужные цепи, затем щелкните правой кнопкой мыши и выберите Find Coupled Nets. Будут выбраны все цепи, связанные с выделенными. Критерии того, какие цепи считаются связанными, можно настроить в диалоге Signal Integrity Preferences (открывается нажатием кнопки Menu и выбором 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 в контекстном меню выберите Copy. Кроме того, отображаемую информацию можно настроить, выбрав, какие столбцы показывать, с помощью команды Show/Hide Columns в контекстном меню.
• Отчёт, в котором представлены результаты, полученные в ходе анализа, также доступен — его можно открыть, выбрав Display Report в контекстном меню (правый клик) на панели Signal Integrity. При этом файл отчёта Signal Integrity Tests Report.txt открывается в текстовом редакторе и добавляется в проект.

Настройка параметров

Вы можете задать различные параметры, которые применяются ко всем определённым вами анализам. К ним относятся общие настройки, метод интегрирования и пороги точности. Любые изменения параметров будут применяться ко всем проектам.

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

Диалог Signal Integrity Preferences

• Используйте вкладку General, чтобы настроить параметры обработки ошибок, которые показывают подсказки и/или предупреждения, когда в проекте есть ошибки, связанные с выполнением анализа Signal Integrity. Все встреченные подсказки или предупреждения будут перечислены как сообщения на панели Messages. Если включена опция Show Warnings и существуют предупреждения, при попытке открыть панель Signal Integrity появится диалог подтверждения предупреждения. Кроме того, можно скрывать панель Signal Integrity после выбора отображения осциллограмм. Также можно задать единицы измерения по умолчанию для измерений Signal Integrity, а также — будут ли отображаться заголовки графиков и диаграммы FFT при показе полученных осциллограмм в редакторе SimData.

• Вкладка Configuration задаёт различные пороги, связанные с моделированием, например максимальное расстояние между связанными (coupled) цепями и минимальную длину, чтобы участок считался связанным.

• Вкладка Integration задаёт численный метод интегрирования, используемый для анализа. Метод Trapezoidal относительно быстрый и точный, но при определённых условиях склонен к осцилляциям. Методы Gear требуют большего времени анализа, но обычно более стабильны. Использование более высокого порядка Gear теоретически даёт более точные результаты, но увеличивает время анализа. Значение по умолчанию — Trapezoidal.

• Вкладка Accuracy в диалоге Signal Integrity Preferences задаёт пороги допусков и предельные значения для различных вычислительных алгоритмов, задействованных в анализе.

  Accuracy Options

  Параметр	Описание
  RELTOL	Относительный допуск при вычислении текущих значений напряжения
  ABSTOL	Абсолютный допуск при вычислении значений тока
  VNTOL	Абсолютный допуск при вычислении значений напряжения
  TRTOL	Коэффициент оценки ошибки интегрирования
  NRVABS	Граница ошибки усечения при использовании алгоритма Ньютона–Рафсона
  DTMIN	Минимально допустимый шаг по времени
  ITL	Максимальное число итераций при использовании алгоритма Ньютона–Рафсона
  LIMPTS	Максимальное число пар значений в выходном файле для каждой кривой напряжения

• Используйте вкладку DC Analysis, чтобы задать пороги допусков и предельные значения для различных параметров, связанных с DC Analysis.

Настройка допусков

Тесты на выброс (overshoot) и провал (undershoot) по умолчанию определены, поскольку это, вероятно, наиболее подходящие характеристики для определения цепей, которые могут быть наиболее проблемными. Четыре правила допусков по умолчанию, а также любые правила Signal Integrity, заданные в схеме или на PCB, при первом анализе проекта включены и выполняются. Чтобы включить или отключить эти правила, нажмите кнопку Menu на панели Signal Integrity и выберите Set Tolerances. Откроется диалог Set Screening Analysis Tolerances.

Диалог Set Screening Analysis Tolerances

Установите флажок Enabled рядом с типом правила, чтобы включить выполнение этого правила при анализе проекта.

Нажмите PCB Signal Integrity Rules (если не включён режим «только схема»), чтобы открыть диалог PCB Rules and Constraints Editor, где можно добавить или изменить необходимые правила Signal Integrity. Нажимайте OK, пока не вернётесь на панель Signal Integrity.

Подготовка анализов

Перед запуском анализов необходимо выбрать цепи для дальнейшего анализа. Также при необходимости можно редактировать буферы, чтобы просмотреть или изменить технологию компонента и свойства выводов, а также добавить согласования (terminations) в цепи.

Выбор цепей для анализа

Чтобы выполнить дополнительный анализ цепей (отражения и/или перекрёстные помехи), цепи нужно выбрать в правом списке панели Signal Integrity. Дважды щёлкните по цепи в левом списке, чтобы выбрать её и переместить в правый список. Либо используйте кнопки со стрелками, чтобы перемещать цепи в выбранное/невыбранное состояние. Можно выбирать несколько цепей в левом списке, удерживая клавиши Shift или Ctrl .

Можно выполнить кросс-навигацию (cross probe) к выбранной(ым) цепи(ям) на соответствующем документе схемы или PCB, выбрав параметры Cross Probe в контекстном меню. Целевой документ станет активным в рабочей области, а выбранная(ые) цепь(и) будет(ут) отображаться в соответствии с методами подсветки, заданными на странице System – Navigation диалога Preferences.

После перевода цепей в выбранное состояние можно выполнить их дополнительную настройку перед запуском моделирования.

Назначение цепей Victim и Aggressor

Для анализов Crosstalk необходимо назначить цепь victim или aggressor. Обратите внимание: из‑за особенностей анализа эта функция доступна только когда выбрано (перемещено в правый список) две или более цепи.

Выберите цепь в правом списке, щёлкните правой кнопкой мыши и выберите Set Aggressor или Set Victim (по необходимости). Статус цепей будет обновлён. Чтобы снять назначение, выберите Clear Status в контекстном меню.

Задание направления двунаправленных выводов

Можно задать направление двунаправленных выводов в выбранной цепи. Чтобы задать направление, выберите нужную цепь в верхнем правом списке. Ниже отобразится список выводов для этой цепи. В списке выводов измените статус in/out для каждого выбранного двунаправленного вывода: щёлкните правой кнопкой мыши и выберите статус в контекстном меню. Эти настройки in/out будут сохранены в проекте и будут доступны при следующем использовании этой панели.

Также можно выполнить кросс-навигацию к выводу/площадке (pin/pad) на соответствующем документе схемы или PCB, выбрав параметры Cross Probe в контекстном меню. Целевой документ станет активным в рабочей области, а выбранный вывод/площадка будет отображаться в соответствии с методами подсветки, заданными на странице System – Navigation диалога Preferences.

Редактирование буферов

Вам может понадобиться просмотреть или изменить технологию компонента и свойства выводов, такие как входные и выходные модели и направление вывода. Изменять можно только компоненты, подключённые к текущей выбранной цепи в правом списке. Параметр Edit Buffer в контекстном меню списка выводов открывает диалог данных компонента.

Отображаемый диалог и доступные параметры зависят от типа компонента, к которому относится вывод, например резистор, ИС, BJT и т. п. Показанный диалог Integrated Circuit относится к типу компонента «ИС».

Диалог Integrated Circuit

Выбор вывода Technology и Direction отобразит список соответствующих входных и/или выходных моделей, из которых можно выбрать. Изменения технологии и направления используются только локально в анализе и не будут сохранены при сбросе панели.

Поля Technology, Input Model и Output Model зависят от контекста. Когда вы выбираете технологию компонента, модели по умолчанию для компонента берутся из этой технологии. Обратите внимание: если для конкретных выводов уже назначены модели (например, при импорте модели IBIS), изменение технологии компонента не переназначит модели выводов для этих выводов.

Согласования (Terminations)

Осцилляции, заметные на осциллограмме сигнала, обусловлены множественными отражениями на соответствующей линии передачи (трассе). Эти отражения, или «звон» (ringing), чаще всего возникают в проектах PCB из‑за несоответствия импедансов драйвера/приёмника — обычно когда драйвер имеет низкий импеданс, а приёмник — высокий.

Идеально хорошее качество сигнала на нагрузке означало бы нулевые отражения (без «звона»). Уровень «звона» можно снизить до приемлемого для проекта уровня с помощью согласования.

Панель Signal Integrity включает помощник по согласованию (termination advisor), который позволяет вставлять в цепь «виртуальные согласования» в заданной вами точке. Таким образом, вы можете тестировать различные стратегии согласования без внесения физических изменений в плату.

Доступные симуляции согласований:

• 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 включать или отключать в списке согласований. При выполнении анализов отражений и перекрёстных помех можно включить несколько типов согласования — для каждого будет сформирован отдельный набор осциллограмм. Это позволяет определить, какое согласование лучше добавить в проект, чтобы получить оптимальное качество сигнала на линиях передачи и тем самым снизить отражения («звон») до приемлемого уровня.

При запуске анализа отражений или перекрёстных помех будет опробован каждый включённый тип терминации, и для каждого будет сформирован отдельный набор осциллограмм. При использовании терминации Serial Res она будет установлена на всех выходных выводах в выбранной цепи. Для остальных типов терминации она будет установлена на всех входных выводах цепи.

Чтобы получить наилучшие результаты при использовании терминаций, также потребуется задать номиналы задействованных компонентов с учётом характеристик цепи.

• Когда выбирается терминация, ниже отображается диаграмма, показывающая эту терминацию. Эта диаграмма позволяет задавать как минимальные, так и максимальные значения резисторов и конденсаторов, используемых в терминациях.
• Минимальные и максимальные значения используются, когда количество прогонов (sweep count, показано в списке терминаций) установлено в значение больше единицы.
• Чтобы получить дополнительную информацию о типе терминации, выберите его и нажмите кнопку ? (Help). Если включить опцию Suggest, будут рассчитаны рекомендуемые значения (согласно формуле, указанной во всплывающем информационном окне для каждого типа терминации) и показаны серым цветом. Вы можете принять эти значения или отключить опцию Suggest и при необходимости ввести свои значения.
• Если вы хотите запустить анализ с прогоном по диапазону значений компонентов терминации, убедитесь, что опция Perform Sweep включена, и задайте требуемое число Sweep Steps при выполнении анализов. Значения, используемые на каждом шаге прогона, будут зависеть от введённых минимального и максимального значений и значения, выбранного в поле Sweep Steps (например, если Sweep Steps установлено в 2, первый проход анализа будет использовать минимальное значение, а второй — максимальное). Обратите внимание: для каждого шага прогона будет сгенерирован отдельный набор осциллограмм для целей сравнения.

Размещение терминации на схеме

После создания осциллограмм и определения оптимальной терминации может быть целесообразно разместить эту терминацию непосредственно на листе схемы. Это можно сделать через меню правой кнопки мыши в списке Termination. Обратите внимание, что любое размещение будет применяться только к текущей выбранной цепи.

Если вы хотите действительно разместить выбранную схему терминации на схеме, а не просто использовать её как «виртуальную терминацию»:

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

2. Откроется диалог Place Termination, позволяющий задать различные свойства, например: какие компоненты библиотек использовать для элементов терминации, использовать ли автоматическое или ручное размещение, размещать ли на всех применимых выводах или только на выбранном выводе, а также точные значения, которые будут использованы для компонентов. Нажмите OK, чтобы продолжить.

   
   Диалог Place Termination

3. Signal Integrity Analyzer находит исходный документ схемы, к которому относится данный вывод. Затем в свободной области документа он добавит необходимые компоненты с корректными значениями (резисторы, конденсаторы или то, что требуется) и объекты питания. Подключите эту схему терминации к соответствующему выводу на схеме.

Обратите внимание, что после этого, вероятно, всё равно потребуется корректно соединить компоненты с выводом. Кроме того, если также задействована PCB, их нужно будет синхронизировать и выполнить трассировку на PCB. Синхронизируйте PCB, чтобы добавить и эти компоненты, выбрав Design » Update PCB.

Запуск анализов

После того как цепи будут настроены должным образом (и выбраны любые параметры терминации), нажмите кнопку Reflections или Crosstalks на панели Signal Integrity, чтобы сгенерировать осциллограммы.

• Для анализа отражений можно моделировать одну или несколько цепей. Однако их количество следует держать в разумных пределах, поскольку время анализа существенно возрастает при анализе большого числа цепей.

  Signal Integrity Analyzer вычисляет напряжения в узлах цепи, используя информацию о трассировке и слоях из PCB, а также связанные модели I/O-буферов драйвера и приёмника. 2D-полевой решатель автоматически вычисляет электрические характеристики линий передачи. При моделировании предполагается, что потери по DC-пути достаточно малы, чтобы ими можно было пренебречь.

• Для анализа перекрёстных помех необходимо взять как минимум две цепи. Обычно при выполнении анализа перекрёстных помех одновременно рассматривают две или три цепи — как правило, одну цепь и двух её ближайших соседей.

  Уровень перекрёстных помех (или степень EMI) прямо пропорционален отражениям на сигнальной линии. Если обеспечены условия качества сигнала и отражения снижены до почти пренебрежимого уровня за счёт корректной терминации, то есть сигнал доставляется к месту назначения с минимальными искажениями, то перекрёстные помехи также будут минимизированы. См. Terminations для получения дополнительной информации.

  Анализ перекрёстных помех возможен только при выполнении посттопологического анализа целостности сигнала на основе документа проекта PCB. Это связано с тем, что для данного типа анализа требуются уже проложенные (routed) цепи.

После нажатия кнопки анализ запускается, и создаётся файл данных моделирования (<ProjectName>.sdf). Этот файл открывается в виде отдельной вкладки, отображая результаты анализов в редакторе SimData .

См. раздел Working with Signal Integrity Analysis Results, чтобы узнать больше.