SI Analyzer by Keysight

Ngày càng nhiều thiết bị điện tử hiện đại tích hợp các thiết kế PCB tốc độ cao, và tốc độ tín hiệu cũng tăng lên khi công nghệ phát triển (17 GHz trong DDR6, 400 Gbps trong QSFP++, v.v.). Đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu (SI) là một bước then chốt trong thiết kế tốc độ cao. Việc không đáp ứng các yêu cầu của bên phát triển giao diện rất dễ gây ra vấn đề ở các giai đoạn thiết kế tiếp theo, trong sản xuất và trong hiệu năng hoạt động.

Để thực hiện phân tích Signal Integrity ngay trong môi trường Altium Designer, hiện có SI Analyzer by Keysight giải pháp này. Được cung cấp dưới dạng một phần mở rộng phần mềm, SI Analyzer by Keysight tích hợp trực tiếp với Altium Designer để cho phép thực hiện nhiều kiểm tra SI sau layout nhằm bao quát các tham số quan trọng nhất của thiết kế tốc độ cao:

• Trở kháng

• Độ trễ

• Suy hao chèn (IL)

• Suy hao phản xạ (RL)

Truy cập chức năng của SI Analyzer by Keysight

Để truy cập chức năng của SI Analyzer by Keysight trong Altium Designer, SI Analyzer by Keysight phần mở rộng phần mềm này phải được cài đặt. Phần mở rộng này có thể được cài đặt hoặc gỡ bỏ thủ công.

Để biết thêm thông tin về cách quản lý phần mở rộng, hãy tham khảo trang Extending Your Installation (Altium Designer Develop, Altium Designer Agile, Altium Designer).

Khi SI Analyzer by Keysightphần mở rộng phần mềm này được cài đặt, nó cho phép:

• Tạo mới hoặc mở một tài liệu SI Analyzer by Keysight hiện có.

• Thêm và cấu hình các net để phân tích SI.

• Xem lại kết quả phân tích SI hiện có.

• Tạo báo cáo phân tích SI.

Tuy nhiên, để thực hiện một phân tích SI mới, bạn cần có đăng ký hợp lệ đối với SI Analyzer by Keysight. Nếu không, khi cố bắt đầu phân tích SI, hộp thoại Analyze Your Nets sẽ mở ra, tại đó bạn có thể yêu cầu dùng thử miễn phí ().

Khởi chạy SI Analyzer by Keysight

Để bắt đầu phân tích tính toàn vẹn tín hiệu, hãy mở tài liệu PCB của dự án và chọn Tools » SI Analyzer by Keysight từ menu chính.

Tài liệu SI Analyzer by Keysight (<ProjectName> [SIK]) sẽ mở ra và được thêm vào khu vực Source Documents của dự án (trong bảng Projects ). Ban đầu tài liệu chưa được lưu. Hãy dùng lệnh File » Save As trong menu chính để lưu tài liệu vào vị trí mong muốn.

Chuẩn bị để phân tích

Thêm các net cần phân tích

Sau khi khởi chạy SI Analyzer by Keysight, dữ liệu PCB sẽ được nhập (ở định dạng ODB++) vào bộ giải. Ở giai đoạn này, bạn có thể xác định danh sách các net cần phân tích và gán đặc tả cho chúng. Để thực hiện việc này, hãy nhấp vào nút Manage Nets ở đầu tài liệu SI Analyzer by Keysight hoặc dùng lệnh Edit » Manage Nets từ menu chính (ngoài ra, nếu trong tài liệu chưa có net nào, nút Manage Nets cũng sẽ xuất hiện ở giữa tài liệu). Hộp thoại Manage Nets sẽ mở ra, hiển thị danh sách các lớp net, cặp vi sai và xSignal của PCB.

Bật ô chọn cho từng lớp cần thiết (hoặc dùng ô chọn ở phần đầu lưới để chọn tất cả các lớp). Tùy chọn, hãy nhấp vào ô trong cột Specifications để hiển thị cửa sổ bật lên và chọn (các) đặc tả cần thiết dùng để xác định các ràng buộc cho lớp đã chọn (có thể định nghĩa lại sau nếu cần – tìm hiểu thêm). Bạn có thể chọn từ các đặc tả tích hợp sẵn hoặc do người dùng tự định nghĩa (tab Specifications của cửa sổ bật lên) hoặc, đối với một lớp, tự xác định thủ công các giá trị ràng buộc cần thiết (tab Custom Constraints của cửa sổ bật lên).  

Tham khảo phần Managing Specifications để tìm hiểu thêm về cách quản lý các đặc tả tích hợp sẵn hoặc do người dùng tự định nghĩa.

Bạn cũng có thể mở rộng danh sách All Nets ở cuối hộp thoại để chọn và gán (các) đặc tả cho từng net riêng lẻ trong thiết kế.

Sau khi nhấp vào OK trong hộp thoại, các lớp đã chọn sẽ được hiển thị trong tài liệu SI Analyzer by Keysight. Nếu một net đã được chọn trong vùng All Nets của hộp thoại Manage Nets, net đó sẽ được hiển thị trong mục lớp All Nets. Mở rộng một mục lớp để xem các net/xSignal của nó.

Mở rộng mục của một net/xSignal hoặc cặp vi sai để xem các đối tượng cấu thành (pad, track, arc và via) của nó trong vùng Transmission Line. Di con trỏ lên ô của một đối tượng và nhấp vào biểu tượng  để cross-probe tới đối tượng đó trong PCB.

Để xóa một lớp hoặc một net được thêm riêng lẻ khỏi tài liệu, hãy nhấp vào nút  ở bên phải mục tương ứng.

Quản lý đặc tả

Hộp thoại Manage Specifications , được truy cập bằng cách nhấp vào nút Manage Specifications ở đầu tài liệu SI Analyzer by Keysight, cho phép bạn quản lý cả đặc tả tích hợp sẵn lẫn đặc tả do người dùng tự định nghĩa. Sau đó, các đặc tả có thể được gán cho một lớp hoặc net để nhanh chóng xác định các ràng buộc cho đối tượng đó như đã mô tả ở phần trước.

• Phía bên trái của hộp thoại hiển thị danh sách các đặc tả hiện đang được định nghĩa. Mỗi đặc tả được liệt kê theo tên và một hoặc nhiều loại ràng buộc mà nó xác định.

  Sử dụng trường Search ở đầu danh sách đặc tả để tìm các đặc tả cần thiết. Khi bạn nhập chuỗi tìm kiếm, danh sách sẽ được lọc để chỉ hiển thị các đặc tả có tên phù hợp.
• Chọn một đặc tả trong danh sách để hiển thị thông tin chi tiết của nó (tên, liệu đó là đặc tả Built-In hay User-Defined, và các ràng buộc) ở phía bên phải của hộp thoại.
• Để tạo một đặc tả mới, hãy nhấp vào nút Add New ở góc dưới bên trái của danh sách đặc tả. Phía bên phải của hộp thoại sẽ hiển thị các điều khiển để định nghĩa đặc tả:

  • Xác định tên của ràng buộc mới bằng trường Specification Name.

  • Chọn (các) loại ràng buộc mà bạn muốn đặc tả này xác định bằng các ô chọn: Impedance, Delay, Insertion Losses (IL) và/hoặc Return Losses (RL).

  • Đối với các loại ràng buộc được bật, hãy xác định giá trị ràng buộc tương ứng. Với ràng buộc thuộc loại Impedance và Delay , hãy sử dụng các trường văn bản được cung cấp. Với ràng buộc thuộc loại Insertion Losses (IL) và Return Losses (RL) , bạn có thể thêm, chỉnh sửa và xóa các giới hạn để tạo thành một vùng các giá trị suy hao bị hạn chế và được phép trong dải tần số yêu cầu.

    

  • Sau khi đặc tả đã được định nghĩa theo yêu cầu, hãy nhấp vào nút Save ở đầu phía bên phải của hộp thoại để tạo nó, hoặc nhấp vào Cancel để thoát mà không tạo.

    Lưu ý rằng không thể tạo một đặc tả mới với tên đã được sử dụng hoặc với các giá trị ràng buộc không hợp lệ trong các ràng buộc đang bật.
• Một đặc tả mới cũng có thể được tạo bằng cách sao chép một đặc tả hiện có (do người dùng tự định nghĩa hoặc tích hợp sẵn). Chọn đặc tả cần sao chép trong danh sách rồi nhấp vào nút Duplicate ở góc dưới bên trái của danh sách đặc tả. Một đặc tả mới ban đầu có tên là <OriginalSpecificationName>(Copy) và có các ràng buộc giống như đặc tả gốc sẽ được tạo ra và sẵn sàng để chỉnh sửa ở phía bên phải của hộp thoại. Thực hiện các thay đổi cần thiết rồi nhấp vào nút Save ở phía trên để tạo đặc tả hoặc nhấp vào Cancel để thoát mà không tạo.
• Để chỉnh sửa một đặc tả do người dùng tự định nghĩa, hãy nhấp vào nút  ở phía bên phải của hộp thoại khi đặc tả đó được chọn trong danh sách. Thực hiện các thay đổi cần thiết rồi nhấp vào nút Save ở phía trên để lưu thay đổi hoặc nhấp vào Cancel để thoát mà không áp dụng bất kỳ thay đổi nào.
• Để xóa một đặc tả (dù là do người dùng tự định nghĩa hay tích hợp sẵn), hãy nhấp vào nút  ở phía bên phải của hộp thoại khi đặc tả đó được chọn trong danh sách.
• Các đặc tả tích hợp sẵn đã bị xóa có thể được khôi phục bằng cách nhấp chuột phải trong danh sách đặc tả và chọn lệnh Restore Built-In Spec. Các đặc tả do người dùng tự định nghĩa sẽ không bị ảnh hưởng bởi lệnh này.

Xác định ràng buộc

Mỗi net sẽ được phân tích để xác định xem nó có đáp ứng đủ các ràng buộc đã chỉ định hay không. Nếu một đặc tả đã được chọn cho lớp cha, các ràng buộc sẽ được xác định bởi đặc tả đó.

Để xem các ràng buộc hiện tại của một net/xSignal hoặc cặp vi sai, hãy chọn tab Constraints khi mục của nó được mở rộng. Nhấp vào một giá trị ràng buộc để chỉnh sửa ràng buộc đó trong cửa sổ bật lên xuất hiện.

Lưu ý rằng nếu một giá trị ràng buộc đã được thay đổi thủ công, thông báo cảnh báo Custom constraints are used sẽ được hiển thị trong mục tương ứng.

Chạy phân tích

Khi cấu hình đã hoàn tất, bạn có thể chạy phân tích cho tất cả các net đã thêm, một lớp cụ thể hoặc một net cụ thể. Hãy nhấp vào nút Analyze All ở góc trên bên phải của tài liệu SI Analyzer by Keysight để phân tích tất cả các net hoặc nút Analyze của mục lớp hoặc net cụ thể để chỉ phân tích lớp/net đó.

Khám phá kết quả

Khi quá trình phân tích hoàn tất, kết quả của nó sẽ được trình bày trong tài liệu SI Analyzer by Keysight. Thông báo Analyzed sẽ hiển thị ở góc trên bên phải của tài liệu. Nếu tất cả các net được phân tích đều đáp ứng các ràng buộc, dòng chữ All Passed sẽ được hiển thị bên cạnh thông báo. Nếu không, dòng chữ Failed sẽ được hiển thị, kèm theo số lượng net không đáp ứng các ràng buộc.

Nếu tất cả các net trong một lớp đều vượt qua phân tích, dòng chữ Success sẽ được hiển thị cho mục của lớp đó. Nếu không, dòng chữ Failed sẽ được hiển thị.

Mở rộng mục lớp để xem các giá trị đã tính toán (trở kháng, độ trễ, suy hao chèn và suy hao phản xạ) cho từng net được phân tích trong lớp đó. Các giá trị đáp ứng ràng buộc được hiển thị bằng màu xanh lá; các giá trị không đáp ứng ràng buộc được hiển thị bằng màu đỏ.

Mở rộng mục net để xem các giá trị đã tính toán cho net này trên tab Results . Ngoài ra, các ô của các đối tượng net không đáp ứng ràng buộc sẽ có viền đỏ trong vùng Transmission Line, và giá trị không đạt sẽ được hiển thị bằng màu đỏ.

Để xem kết quả phân tích cho một lớp hoặc net/xSignal/cặp vi sai ngay trong PCB, hãy nhấp vào nút Show on PCB liên kết tương ứng.

Bảng SI Analyzer by Keysight

Trong trình chỉnh sửa PCB, quá trình phân tích và kết quả được điều khiển thông qua bảng SI Analyzer by Keysight . Lưu ý rằng bảng này được thêm vào danh sách các bảng khả dụng (thông qua nút Panels ) sau khi một phân tích tính toàn vẹn tín hiệu đã được thực hiện và nút   Show on PCB đã được nhấp.

Tín hiệu mô phỏng

• Simulated Signal – dùng để chọn lớp hoặc net/xSignal/cặp vi sai mà bạn muốn hiển thị dưới dạng bản đồ nhiệt trong không gian thiết kế.
• Only nets with violations – khi tùy chọn này được bật, chỉ những đối tượng hiện đang có vi phạm mới khả dụng trong danh sách thả xuống. Bỏ chọn tùy chọn này để liệt kê tất cả các đối tượng đã được phân tích.
• Show Heatmap – khi tùy chọn này được bật, một bản đồ nhiệt sẽ được hiển thị trong không gian thiết kế cho đối tượng hiện đang được chọn trong danh sách thả xuống Simulated Signal .

Bên dưới các điều khiển này, bảng có hai tab, General và Heatmap. Các tùy chọn trong các tab này áp dụng cho đối tượng hiện đang được chọn trong danh sách thả xuống Simulated Signal .

Bản đồ nhiệt

Tab Heatmap trong bảng SI Analyzer by Keysight được dùng để điều khiển dữ liệu nào sẽ được trình bày dưới dạng bản đồ nhiệt, hoặc là trở kháng hoặc là độ trễ, và cách màu sắc được áp dụng cho trở kháng/độ trễ. Lưu ý rằng các điều khiển thiết lập bản đồ nhiệt này chỉ khả dụng khi tùy chọn Show Heatmap được bật.

Sử dụng các nút Impedance và Delay để chuyển đổi giữa hai chế độ. Toàn bộ net sẽ được tô màu để phản ánh trở kháng/độ trễ tại mọi vị trí dọc theo net như sau:

• Đối với trở kháng, trở kháng càng gần mục tiêu Z0 thì màu càng xanh, và trở kháng càng xa mục tiêu Z0 thì màu càng đỏ. Các giá trị tính toán thấp hơn mức tối thiểu và cao hơn mức tối đa sẽ được hiển thị bằng màu đỏ. 
• Đối với độ trễ, độ trễ càng lớn thì màu càng nóng (đỏ hơn), và độ trễ càng nhỏ thì màu càng lạnh hơn. Các giá trị tính toán thấp hơn mức tối thiểu sẽ được hiển thị bằng màu xanh lam, và các giá trị cao hơn mức tối đa sẽ được hiển thị bằng màu đỏ.

Thang màu phản ánh cách màu được áp dụng. Các giá trị nhỏ nhất và lớn nhất có thể được điều chỉnh bằng cách nhấp và kéo trên thanh trượt, hoặc bằng cách nhập giá trị mới vào các trường bên dưới. Thang này cũng được hiển thị dưới dạng một thanh màu trong không gian thiết kế, bên dưới PCB.

Bật tùy chọn Color focus on results để làm nổi bật đối tượng hiện đang được chọn trong danh sách thả xuống Simulated Signal và lọc bớt các đối tượng khác trong PCB.

Ví dụ về bản đồ nhiệt hiển thị cho các phép tính trở kháng.

Ví dụ về bản đồ nhiệt hiển thị cho các phép tính độ trễ.

Phát hiện vi phạm

Nếu phân tích phát hiện vi phạm ràng buộc đối với đối tượng hiện đang được chọn trong danh sách thả xuống Simulated Signal , các vi phạm đó sẽ được liệt kê trong vùng Violations của tab General trong bảng SI Analyzer by Keysight .

• Sử dụng các nút ở đầu vùng để xác định loại vi phạm nào sẽ được hiển thị trong danh sách.
• Sử dụng nút Analyze ở cuối vùng để chạy lại phân tích SI. Điều này có thể được dùng để nhanh chóng kiểm tra xem đối tượng đó có đáp ứng ràng buộc hay không sau khi các thay đổi được áp dụng trong trình chỉnh sửa PCB mà không cần quay lại tài liệu SI Analyzer by Keysight.

Đầu dò

Vùng Probes của bảng SI Analyzer by Keysight được dùng để đặt các đầu dò đo trực tiếp trên PCB. Các đầu dò có thể đo trở kháng hoặc độ trễ, loại phép đo được xác định bởi chế độ bản đồ nhiệt hiện tại của bo mạch.

Các đầu dò có thể là đầu dò đơn, để đo một giá trị tuyệt đối tại vị trí đầu dò, hoặc đầu dò vi sai, để đo chênh lệch giữa hai vị trí đầu dò. Cả hai loại đầu dò đều được đặt bằng cách nhấp vào nút Add trong vùng Probes của bảng. Để đặt một đầu dò đơn, hãy nhấp vào vị trí cần thiết rồi nhấp chuột phải (hoặc nhấn Esc). Để đặt một đầu dò vi sai, hãy nhấp một lần để xác định vị trí đầu dò thứ nhất, sau đó nhấp lần thứ hai để xác định vị trí đầu dò thứ hai. Sau khi đầu dò được xác định, kết quả đo sẽ được hiển thị trong bảng.

Ví dụ về đầu dò đơn

Ví dụ về đầu dò vi sai

Nhấp vào một mục đầu dò trong bảng để hiển thị (các) vị trí của nó trên PCB. Chọn một mục đầu dò trong bảng và nhấp vào nút  ở cuối vùng để xóa đầu dò đó.

Nhấp vào nút Add to Report để tạo hình ảnh PCB tại vị trí đầu dò đã chọn. Hình ảnh sẽ hiển thị trong vùng Image Captures của bảng, được nhận biết bằng nhãn Probe. Di chuột lên ảnh chụp màn hình để hiển thị chi tiết đầu dò.

Chụp Hình

Chức năng chụp hình trong bảng SI Analyzer by Keysight có thể được dùng để chụp ảnh màn hình dành riêng cho thiết kế, sau đó có thể đưa vào báo cáo.

Để chụp ảnh một khu vực cụ thể của bo mạch, trước tiên hãy sắp xếp góc nhìn của bo mạch trong không gian thiết kế sao cho các phần tử bạn muốn đưa vào ảnh chụp đều hiển thị. Khi đã sẵn sàng, nhấp vào nút Add trong vùng Image Captures của bảng để chụp ảnh màn hình. Bạn có thể tiếp tục thay đổi góc nhìn của bo mạch và thêm nhiều hình ảnh hơn.

 Để xóa một hình ảnh, di chuột lên hình ảnh để hiện nút , rồi nhấp vào đó để xóa.

Báo cáo Kết quả

Để tạo báo cáo phân tích đầy đủ, nhấp vào nút Full Report ở đầu tài liệu SI Analyzer by Keysight. Báo cáo đầy đủ bao gồm một phần cho mỗi lớp (và mục All Nets dành cho các net được thêm riêng lẻ ngoài các lớp net).

Trong báo cáo đầy đủ, nhấp vào tên lớp net (hoặc tên net trong danh sách All Nets) để xem báo cáo chi tiết của lớp/net đó, bao gồm:

• Tên của lớp net hoặc net.
• (Các) đặc tả được gán.
• Tóm tắt kiểm tra ràng buộc. Nhấp vào một mục kiểm tra bị lỗi để xem các khuyến nghị khắc phục các vấn đề liên quan.
• Layer Stackup của bo mạch.
• Kiểm tra ràng buộc cho từng net. Mở rộng một mục net để xem kiểm tra ràng buộc cho từng đối tượng của net đó.
• Biểu đồ suy hao chèn.
• Biểu đồ suy hao phản xạ.

Khi xem báo cáo chi tiết, nhấp vào nút Show on PCB để mở PCB và bảng SI Analyzer by Keysight nhằm xem xét lớp/net đó.

Làm việc với Biểu đồ

Các biểu đồ suy hao chèn và suy hao phản xạ hiển thị các dạng sóng tương ứng cho từng net trong lớp đang được xem. Vùng màu đỏ trên biểu đồ cho biết vùng hạn chế được xác định bởi các ràng buộc.

• Sử dụng danh sách thả xuống ở góc trên bên phải của biểu đồ suy hao chèn hoặc suy hao phản xạ để quản lý các net hiển thị trên biểu đồ. Có thể hiển thị tất cả các net, các net bị lỗi hoặc (các) net cụ thể.

• Nhấp vào tên một dạng sóng ở bên phải biểu đồ để làm nổi bật nó bằng cách làm mờ các dạng sóng khác. Nhấp lại vào tên dạng sóng để bỏ làm nổi bật.

• Cuộn bánh xe chuột để phóng to/thu nhỏ theo vị trí con trỏ chuột trên biểu đồ. Khi con trỏ chuột nằm trên trục của biểu đồ, cuộn chuột để phóng to/thu nhỏ chỉ theo vị trí con trỏ trên trục đó (thang của trục còn lại sẽ không thay đổi).

• Có thể thực hiện đo dữ liệu bằng các con trỏ đo. Có hai con trỏ khả dụng, có thể thêm vào cùng một hoặc các dạng sóng khác nhau trên biểu đồ. Nhấp chuột phải vào tên dạng sóng ở bên phải biểu đồ và dùng các lệnh Cursor A và Cursor B từ menu ngữ cảnh để bật/tắt các con trỏ. Di chuyển con trỏ bằng cách nhấp và kéo thẻ của nó. Dữ liệu đo được của một con trỏ đang bật sẽ hiển thị ở cuối biểu đồ.

  
  Ví dụ về các con trỏ A và B được thêm vào cùng một dạng sóng.

Xuất Báo cáo

Nhấp vào nút Save Report để lưu báo cáo ở định dạng HTML. Sử dụng hộp thoại Report Settings xuất hiện sau đó để cấu hình những net nào (khi hộp thoại được mở từ báo cáo đầy đủ) và dữ liệu cụ thể nào sẽ được đưa vào báo cáo.

Sau khi nhấp vào nút Generate Report, báo cáo được lưu trong một thư mục con trong thư mục dự án có tên là \SiAnalyzerByKeysight_Output\HTMLReport\<ProjectName>.sik_<CurrentDate>_<CurrentTime>. Tất cả hình ảnh trong báo cáo được lưu trong một thư mục con \Images.