Chuẩn bị thiết kế để phân tích tính toàn vẹn tín hiệu

Để chạy phân tích Signal Integrity của thiết kế thành công và thu được kết quả chính xác, cần thực hiện các bước sau trước khi chạy phân tích.

• Mặc dù mỗi net có thể được kiểm tra để cung cấp dữ liệu về net và trở kháng, không phải tất cả các net đều có thể được phân tích về đặc tính signal integrity (điện áp và thời gian). Để kiểm tra đầy đủ tất cả các đặc tính, một net phải chứa ít nhất một IC có chân đầu ra và không có linh kiện nào khác. Ví dụ, điện trở, tụ điện và cuộn cảm sẽ không tự tạo ra kết quả mô phỏng vì chúng không có chân đầu ra để cung cấp nguồn kích. Cần lưu ý rằng khi kiểm tra các net hai chiều, cả hai hướng đều được mô phỏng và kết quả trường hợp xấu nhất sẽ được hiển thị.
• Loại mô hình Signal Integrity liên kết với từng linh kiện phải chính xác. Điều này được thực hiện thông qua hộp thoại Signal Integrity Model Assignments hoặc bằng cách đặt thủ công mục nhập chính xác cho trường Type trong hộp thoại Signal Integrity Model khi chỉnh sửa mô hình Signal Integrity gắn với linh kiện được đặt trên tài liệu sơ đồ nguyên lý nguồn. Nếu mục này chưa được định nghĩa, hộp thoại Signal Integrity Model Assignments sẽ cố gắng suy đoán loại linh kiện dựa trên các đặc tính của nó. Nếu mục này chưa được định nghĩa, loại Integrated Circuit sẽ được giả định. Để biết thêm thông tin, xem Thêm mô hình SI bằng hộp thoại Signal Integrity Model Assignments.
• Phải có các quy tắc thiết kế Supply Nets. Thông thường nên có ít nhất hai quy tắc, một cho các net nguồn và một cho các net mass. Phạm vi áp dụng của các quy tắc này có thể là net hoặc net class. Supply nets không thể được phân tích trong Signal Integrity. Để biết thêm thông tin, xem Quy tắc thiết kế Signal Integrity trong Schematic hoặc Quy tắc thiết kế Signal Integrity trong PCB.
• Có thể thiết lập một quy tắc thiết kế Signal Stimulus. Bạn chỉ cần quy tắc stimulus nếu muốn ghi đè stimulus mặc định, vì vậy thông thường điều này không bắt buộc.
• Layer stack cho PCB phải được thiết lập chính xác. Signal Integrity Analyzer yêu cầu các power plane liên tục. Split plane không được hỗ trợ, vì vậy net được gán cho plane sẽ được sử dụng. Nếu chúng không hiện diện, chúng sẽ được giả định tồn tại, vì vậy tốt hơn nhiều là thêm chúng vào và cấu hình phù hợp. Độ dày của tất cả các lớp, lõi và prepreg cũng phải được thiết lập chính xác cho bo mạch. Sử dụng lệnh Design » Layer Stack Manager để thiết lập layer stack trong PCB editor. Khi chạy Signal Integrity ở chế độ chỉ sơ đồ nguyên lý, một bo mạch mặc định hai lớp với hai plane bên trong sẽ được sử dụng. Bạn có thể tạo một PCB trống với layer stack đã được thiết lập nếu cần kiểm soát nhiều hơn. Tham khảo trang Định nghĩa Layer Stack để tìm hiểu thêm.

Thêm mô hình SI bằng hộp thoại Signal Integrity Model Assignments

Cách đơn giản nhất để thêm các mô hình signal integrity vào thiết kế của bạn là sử dụng hộp thoại Signal Integrity Model Assignments.

1. Chọn Tools » Signal Integrity từ menu. Nếu bạn mới bắt đầu dùng signal integrity cho một project và có những linh kiện chưa được gắn mô hình signal integrity, hộp thoại Errors or warnings found sẽ nhắc bạn thiết lập các gán mô hình bằng hộp thoại Signal Integrity Model Assignments.

   
   Hộp thoại Errors or warnings found

   
   Hộp thoại Signal Integrity Model Assignments

   Ngoài ra, nếu bạn đã nhấp vào Continue và panel Signal Integrity đang hiển thị, bạn có thể vào hộp thoại Signal Integrity Model Assignments bất cứ lúc nào bằng cách nhấp nút Model Assignments trong panel. Lưu ý rằng thao tác này sẽ làm xóa toàn bộ kết quả và tính toán lại vì mọi thay đổi đối với gán mô hình đều làm mất hiệu lực các kết quả hiện có.

   Nếu mô hình đã được thiết lập cho tất cả các linh kiện, hộp thoại SI Setup Options sẽ hiển thị. Xem Cấu hình các tùy chọn thiết lập SI để biết thêm thông tin.

2. Nếu bạn nhấp vào Model Assignments trong hộp thoại Errors or warnings found, hộp thoại Signal Integrity Model Assignments sẽ hiển thị.

Khi chạy, hộp thoại Signal Integrity Models Assignment sẽ cố gắng đưa ra các suy đoán hợp lý về mô hình signal integrity cần thiết cho từng linh kiện chưa có mô hình signal integrity. Tất cả linh kiện, bao gồm cả những linh kiện đã có mô hình được định nghĩa trước đó (và thông tin mô hình), sẽ được hiển thị trong hộp thoại Signal Integrity Models Assignment . Mỗi linh kiện sẽ được gán một trạng thái như mô tả trong bảng sau.

Chỉnh sửa mô hình linh kiện bằng hộp thoại Signal Integrity Model Assignments

1. Chọn linh kiện mà bạn muốn chỉnh sửa mô hình.
2. Chọn đúng loại. Có bảy loại linh kiện cho Signal Integrity – điện trở, tụ điện, cuộn cảm, diode, BJT, đầu nối và IC. Loại của từng linh kiện có thể được chọn qua danh sách thả xuống trong cột Type hoặc thông qua menu chuột phải.
3. Đặt giá trị cho điện trở, tụ điện hoặc cuộn cảm. Nếu có thể, hộp thoại Signal Integrity Model Assignments sẽ cố gắng điền đúng giá trị của linh kiện vào cột này dựa trên trường comment và các tham số của linh kiện. Nếu cần chỉnh sửa (hoặc chưa có), việc này nên được thực hiện ở bước này. Trường hợp đặc biệt của mảng linh kiện (chẳng hạn mảng điện trở) được xử lý qua một hộp thoại riêng, truy cập bằng cách nhấp vào cột đó (xem Thêm thủ công mô hình Signal Integrity cho linh kiện để biết thêm chi tiết).
4. Nếu linh kiện là IC, việc chọn loại công nghệ là rất quan trọng vì nó sẽ quyết định các đặc tính của mô hình chân được dùng trong phân tích. Có thể chọn mục này qua danh sách thả xuống trong cột Value/Type hoặc truy cập thông qua menu chuột phải (Change Technology).
5. Cuối cùng, có thể cần chỉ định chi tiết nhiều hơn so với những gì hộp thoại Signal Integrity Model Assignments cho phép, chẳng hạn đối với các mô hình IBIS. Có thể thực hiện điều này bằng cách chọn Advanced từ menu chuột phải. Xem Thêm thủ công mô hình Signal Integrity cho linh kiện để biết thêm chi tiết về quy trình này.

Lưu mô hình

Sau khi đã chọn mô hình cho một số hoặc tất cả linh kiện, các tài liệu sơ đồ nguyên lý có thể được cập nhật để lưu vĩnh viễn thông tin này.

1. Đánh dấu cột Update Schematic trong hộp thoại Signal Integrity Model Assignments đối với tất cả các linh kiện cần được cập nhật. Sau đó nhấp nút Update Models in Schematic.
2. Tất cả các mô hình Signal Integrity mới (hoặc các mô hình hiện có đã chỉnh sửa) cho từng linh kiện được chọn sẽ được thêm vào các tài liệu sơ đồ nguyên lý. Các tài liệu sơ đồ nguyên lý sẽ cần được lưu sau đó.

Không nhất thiết phải lưu mô hình để tiếp tục quy trình phân tích Signal Integrity. Nếu không lưu mô hình, quá trình phân tích vẫn sẽ tiếp tục với tất cả các mô hình được cấu hình như đang hiển thị trong hộp thoại Signal Integrity Model Assignments. Tuy nhiên, ở lần tiếp theo công cụ Signal Integrity được sử dụng, mọi thay đổi sẽ bị mất.

Thêm thủ công mô hình Signal Integrity cho linh kiện

Để thêm một mô hình Signal Integrity cho linh kiện trong sơ đồ nguyên lý:

• Đối với linh kiện đã đặt trong schematic editor – chọn linh kiện và mở panel Properties.
• Đối với linh kiện đang được chỉnh sửa trong schematic symbol editor – kích hoạt linh kiện cần thiết bằng cách chọn mục tương ứng trong panel SCH Library rồi mở panel Properties.

Nhấp nút Add trong vùng Parameters của panel Properties và chọn Signal Integrity. Hộp thoại Signal Integrity Model sẽ mở ra.

Thiết lập mô hình của bạn và nhấp OK.

Thiết lập linh kiện thụ động

Khi thiết lập các linh kiện như điện trở và tụ điện, thông thường chỉ cần nhập loại và giá trị. Giá trị có thể được nhập vào trường Value và có thể được đặt làm tham số cho toàn bộ linh kiện.

Ngoài ra còn hỗ trợ các linh kiện như mảng điện trở. Có thể thực hiện việc này bằng cách, sau khi chọn loại linh kiện, nhấp nút Setup Part Array trong hộp thoại Signal Integrity Model. Hộp thoại Part Array Editor cho phép cấu hình các kết nối giữa các chân và giá trị/mô hình cho các kết nối đó.

Hộp thoại Part Array Editor

Thiết lập một IC

Có một số lựa chọn khi thiết lập mô hình loại IC.

• Sau khi chọn loại (IC), chỉ cần chọn một loại công nghệ. Điều này sẽ đảm bảo rằng khi mô phỏng linh kiện này, các mô hình chân phù hợp cho công nghệ đó sẽ được sử dụng. Danh sách đầy đủ các công nghệ khả dụng nằm trong phần có thể thu gọn bên dưới.

  Available Technology Types

  Loại công nghệ	Mô tả
  ABT	Công nghệ CMOS lưỡng cực tiên tiến
  AC	CMOS tiên tiến
  ACT	CMOS tiên tiến với đầu vào TTL
  AHC	CMOS tốc độ cao tiên tiến
  AHC_50	CMOS tốc độ cao tiên tiến 5.0V
  AHCT	CMOS tốc độ cao tiên tiến với đầu vào TTL
  AHCT_50	CMOS tốc độ cao tiên tiến 5.0V với đầu vào TTL
  ALS	Schottky công suất thấp tiên tiến
  ALVC	CMOS điện áp thấp tiên tiến
  AS	Schottky tiên tiến
  BCT	Công nghệ CMOS lưỡng cực
  BTL	Logic bộ thu phát backplane/Futurebus+
  CMOS	CMOS
  F	FAST
  FCT	Công nghệ FAST CMOS
  GTL	Logic bộ thu phát Gunning
  GTL_LVT	Logic bộ thu phát Gunning điện áp thấp
  HC	CMOS tốc độ cao
  HCT	CMOS tốc độ cao với đầu vào TTL
  HLL	CMOS tốc độ cao, công suất thấp, điện áp thấp
  LS	Schottky công suất thấp
  LV	CMOS tốc độ cao điện áp thấp
  LVC	CMOS điện áp thấp
  LVT	Công nghệ BiCMOS điện áp thấp
  S	Schottky
  STD_TTL	TTL tiêu chuẩn
  TTL	TTL
• Nếu cần kiểm soát nhiều hơn, bạn có thể gán các công nghệ hoặc mô hình chân cụ thể cho từng chân riêng lẻ. Có thể thực hiện việc này bằng cách chọn từ các danh sách thả xuống cho các chân trong danh sách chân ở cuối hộp thoại Signal Integrity Model. Lưu ý rằng mọi thay đổi tại đây sẽ ghi đè công nghệ cơ sở của linh kiện.

Nhập tệp IBIS

Một tùy chọn quan trọng khác là khả năng nhập các tệp IBIS.

1. Để sử dụng tệp IBIS (Input/Output Buffer Information) nhằm chỉ định các đặc tính đầu vào và đầu ra của mô hình IC, hãy nhấp nút Import IBIS trong hộp thoại Signal Integrity Model. Chọn tệp IBIS từ hộp thoại Open IBIS File rồi nhấp Open. Hộp thoại IBIS Converter sẽ hiển thị.

   
   Hộp thoại IBIS Converter

2. Chọn linh kiện cần dùng có trong tệp IBIS. Altium Designer sẽ đọc tệp IBIS và nhập các mô hình chân từ tệp IBIS vào thư viện các mô hình chân đã cài đặt. Nếu phát hiện mô hình trùng lặp, bạn sẽ được hỏi có muốn ghi đè mô hình hiện có hay không. Ngoài ra, tất cả các chân trên linh kiện sẽ được gán mô hình chân phù hợp như được chỉ định trong tệp IBIS.
3. Một báo cáo sẽ tự động được tạo ra, nêu rõ những chân nào đã được gán thành công và không thành công. Có thể tùy chỉnh thêm bằng cách chọn thủ công các mô hình cho những chân phù hợp như đã mô tả ở trên.
4. Nhấp OK để hoàn tất việc nhập thông tin IBIS và quay lại hộp thoại Signal Integrity Model.

Chỉnh sửa mô hình chân

Có thể thêm hoặc chỉnh sửa một mô hình chân hiện có bằng cách chỉ định các đặc tính điện khác nhau của chân đó. Lưu ý rằng việc này cũng áp dụng cho các loại khác như BJT, Connector và Diode.

1. Để sửa đổi các mô hình chân, hãy nhấp nút Add/Edit Model trong hộp thoại Signal Integrity Model nếu nút này khả dụng cho loại đó. Hộp thoại Pin Model Editor sẽ hiển thị.

   
   Hộp thoại Pin Model Editor

2. Nhấp vào New trong danh sách thả xuống của Model Name.
3. Thực hiện các thay đổi cần thiết rồi nhấp OK.
4. Nếu đây là mô hình chân mới, mô hình đó giờ đây sẽ khả dụng để chọn cho các chân trong linh kiện này (và các linh kiện khác).

Làm việc với Trình chỉnh sửa triển khai mô hình Ibis

Để hỗ trợ các công cụ của bên thứ ba yêu cầu các mô hình IBIS chuyên dụng cho mô phỏng Signal Integrity của chúng và không thể sử dụng định dạng mô hình Signal Integrity riêng của Altium Designer (được gọi là SI Macro Models), Altium Designer tích hợp một trình chỉnh sửa triển khai mô hình IBIS chuyên dụng, cho phép gắn mô hình IBIS vào linh kiện sơ đồ nguyên lý. Vì vậy bạn có thể:

• Nhập các mô hình chân IBIS vào các chân của linh kiện trong quá trình Phân tích Signal Integrity (để lưu dưới dạng Altium Designer SI Macro Models) như mô tả ở trên (xem Nhập tệp IBIS), hoặc
• Gắn mô hình IBIS vào linh kiện sơ đồ nguyên lý, như mô tả bên dưới.

Để thêm mô hình IBIS vào một linh kiện sơ đồ nguyên lý:

• Đối với linh kiện đã được đặt trong trình biên tập schematic – chọn linh kiện và mở bảng Properties.
• Đối với linh kiện đang được chỉnh sửa trong trình biên tập schematic symbol – kích hoạt linh kiện cần thiết bằng cách chọn mục của nó trong bảng SCH Library và mở bảng Properties.

Nhấp nút Add trong vùng Parameters của bảng Properties và chọn Ibis Model. Hộp thoại IBIS Model sẽ mở ra.

Mô hình IBIS

Chỉ định tên cho mô hình – chính xác như tên xuất hiện trong tệp .ibs – và đặt cho liên kết mô hình một tên có ý nghĩa, có thể mô tả triển khai trong miền này biểu diễn điều gì.

Ngoài ra, và đặc biệt nếu bạn không chắc về tên, hãy dùng nút Browse để truy cập hộp thoại Browse Libraries . Dùng hộp thoại này để duyệt các tệp mô hình IBIS trong tất cả thư viện khả dụng hiện tại. Sử dụng tính năng Find trong hộp thoại này nếu các tệp mô hình cần thiết không thuộc các thư viện hiện đang khả dụng.

Chỉ định trực tiếp tên mô hình hoặc duyệt để tìm.

Việc ánh xạ các chân của linh kiện sơ đồ nguyên lý sang các chân của mô hình IBIS được định nghĩa trong hộp thoại Model Map , truy cập bằng cách nhấp nút Pin Map .

Xác minh ánh xạ chân giữa linh kiện và mô hình trong hộp thoại Model Map .

Vị trí tệp IBIS

Các tùy chọn trong vùng này của hộp thoại IBIS Model cho phép chỉ định cách phần mềm định vị mô hình – với điều kiện tên mô hình đã được xác định:

• Any – tất cả Available Libraries (thư viện dự án, thư viện đã cài đặt và các thư viện tìm thấy theo các đường dẫn tìm kiếm đã định nghĩa) sẽ được dùng để tìm mô hình.
• File name – nhập tên đầy đủ của tệp chứa mô hình (ví dụ: lv640f63.ibs). Tất cả Available Libraries sẽ được dùng để tìm mô hình. Nếu không tìm thấy ở đây, đường dẫn thư viện mặc định (trường Library Path trên trang System – Default Locations của hộp thoại Preferences ) sẽ được kiểm tra để xem có thể tìm thấy tệp đã nêu ở đó hay không.
• File path – nhập đầy đủ đường dẫn/tên của tệp. Nhấp nút Choose để duyệt đến tệp. Tùy chọn này sẽ luôn tìm thấy mô hình, vì nó là chỉ định tường minh (tất nhiên với điều kiện tệp vẫn còn trong thư mục đó!).
• Integrated/Database Library – sau khi đặt, nếu linh kiện được đặt từ một thư viện tích hợp hoặc thư viện cơ sở dữ liệu, mô hình có thể được lấy trực tiếp từ chính thư viện đó, miễn là thư viện đó là một phần của tập Available Libraries.

Nếu được định vị thành công, thông tin về nơi tìm thấy mô hình sẽ được hiển thị.

Chỉ định cách tìm mô hình IBIS.

Mô hình chân

Vùng này của hộp thoại trình bày danh sách chỉ xem của các mô hình chân được định nghĩa cho mô hình IBIS đã chọn. Tuy nhiên, bạn có thể thay đổi Model Type từ mặc định Typical Case, thành Strong Case hoặc Weak Case tương ứng.

Các mô hình chân cho mô hình IBIS đã chọn.

Bộ chọn mô hình

Vùng Model Selectors của hộp thoại sẽ được điền nếu mô hình IBIS đã chọn có chứa các bộ chọn mô hình. Điều này cho phép bạn chọn mô hình cần dùng (ví dụ: một chân có thể có các mô hình cho các mức điện áp khác nhau; 3.3V, 5V, v.v.).

Ví dụ về mô hình IBIS với các bộ chọn mô hình đã được định nghĩa.

Quy tắc thiết kế Signal Integrity trong Schematic

Các quy tắc thiết kế dành riêng cho PCB cho Signal Integrity có thể được định nghĩa trong schematic nếu chúng được thêm dưới dạng tham số.

Quy tắc thiết kế Supply Nets

Để phân tích Signal Integrity, nên thêm một quy tắc PCB nhằm xác định các lưới nguồn và điện áp của chúng bằng cách sử dụng chỉ thị Parameter Set. Để thêm quy tắc thiết kế lưới nguồn trong schematic:

1. Đặt chỉ thị Parameter Set (Place » Directive » Parameter Set) lên lưới phù hợp.
2. Khi chỉ thị đã đặt được chọn, nhấp nút Add trong vùng Parameters của bảng Properties và chọn Rule từ menu thả xuống.
3. Hộp thoại Choose Design Rule Type sẽ mở ra, tại đó có thể chọn loại quy tắc. Cuộn xuống phần các quy tắc Signal Integrity và chọn Supply Nets rồi nhấp OK.
4. Hộp thoại Edit PCB Rule (From Schematic) - Supply Nets sẽ hiển thị. Nhập điện áp cho lưới nguồn này rồi nhấp OK. Mục quy tắc sẽ được liệt kê trong bảng Properties.

Các quy tắc thiết kế Signal Integrity có thể được thêm trực tiếp trong schematic bằng các chỉ thị Parameter Set.

Sau khi chuyển thiết kế sang bố cục PCB, quy tắc sẽ được thêm vào các quy tắc thiết kế PCB (có thể xem và chỉnh sửa trong PCB Editor từ hộp thoại PCB Rules and Constraints Editor, được truy cập bằng lệnh Design » Rules).

Lưu ý rằng trong schematic editor, phạm vi của quy tắc (tập hợp các đối tượng mà quy tắc sẽ áp dụng) được xác định bởi vị trí thêm tham số, ví dụ trên dây hoặc chân. Trong PCB Editor, phạm vi của một quy tắc được xác định ngay trong chính quy tắc đó.

Quy tắc thiết kế Signal Stimulus

Quy tắc thiết kế khác có thể được thiết lập từ schematic editor là quy tắc Signal Stimulus. Khi quy tắc này được chạy, kích thích sẽ được đưa vào tại mỗi chân đầu ra trên net đang được phân tích. Việc này yêu cầu một quy tắc thiết kế sử dụng phạm vi là 'all', vì vậy bạn cần tạo một tham số trang tính cho quy tắc này. Nếu bạn không thiết lập quy tắc này, các tùy chọn quy tắc mặc định sẽ được sử dụng.

1. Khi không có đối tượng nào được chọn trong trang schematic, hãy mở bảng Properties. Trên tab Parameters của bảng, nhấp vào nút Add và chọn Rule từ menu thả xuống.
2. Hộp thoại Choose Design Rule Type sẽ mở ra, tại đó có thể chọn loại quy tắc. Cuộn xuống các quy tắc Signal Integrity và chọn Supply Nets, sau đó nhấp OK.
3. Hộp thoại Edit PCB Rule (From Schematic) - Signal Stimulus sẽ hiển thị. Chọn loại kích thích, mức bắt đầu và thời gian, sau đó nhấp OK. Mục quy tắc sẽ được liệt kê trong bảng Properties.

Một quy tắc thiết kế Signal Integrity có thể được thêm dưới dạng tham số trang schematic.

Các quy tắc thiết kế Signal Integrity trong PCB

Các tham số Signal Integrity, chẳng hạn như overshoot, undershoot, trở kháng và yêu cầu về độ dốc tín hiệu, có thể được chỉ định như các quy tắc thiết kế PCB tiêu chuẩn. Chọn Design » Rules trong PCB Editor để truy cập hộp thoại PCB Rules and Constraints Editor, nơi bạn có thể thiết lập các quy tắc này. Bạn cũng có thể thiết lập các quy tắc này bằng tham số trong schematic editor và chúng sẽ xuất hiện trong hộp thoại PCB Rules and Constraint Editor sau khi chuyển thiết kế sang bố cục PCB.

Hộp thoại PCB Rules and Constraint Editor khi duyệt một quy tắc thiết kế Overshoot - Falling Edge

Các quy tắc này có hai mục đích. Một là khi chạy các kiểm tra DRC tiêu chuẩn trong PCB – bo mạch có thể được kiểm tra theo các quy tắc này bằng phân tích sàng lọc tiêu chuẩn. Mục đích thứ hai của các quy tắc này là khi sử dụng bảng Signal Integrity. Các quy tắc này có thể được cấu hình và bật làm các phép kiểm tra, và bảng này sẽ hiển thị trực quan net nào không đạt phép kiểm tra nào.

Khi thiết kế đã sẵn sàng, hãy cấu hình và chạy phân tích signal integrity.