Cadence Allegro PCB SI ПредтоПологический анализ целостности сигналов
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
проектироваНие печатных плат www.electronics.ru
Cadence Allegro PCB SI
Предтопологический анализ
целостности сигналов
А.Сергеев sergeev@orcada.ru
Проверка целостности сигналов – важнейший этап разработки
электронного устройства, своевременное выполнение которого
позволяет существенно снизить затраты на устранение проблем
целостности на этапах физического проектирования и производства.
Возможности пакета Cadence Allegro PCB SI позволяют проводить
исследования влияния паразитных параметров печатного монтажа
на целостность сигналов и их минимизацию на всех этапах
разработки проекта. Это позволяет ускорить выход готового
продукта на рынок и обеспечить его высокое качество и надежность.
П
акет Allegro PCB SI состоит из несколь- оценки перекрестных помех во всем проекте или
ких приложений, каждое из которых в некоторой группе сигналов. Результаты работы
ориентировано на свой круг задач. SigNoise представляются в виде подробных тек-
Перечислим основные программные стовых отчетов с осциллограммами.
продукты, входящие в состав PCB SI. Constraint Manager – мощная система контроля
PCB SI – редактор для компоновки платы и трас- ограничений в проекте. Она является общей для
сировки наиболее критичных цепей перед пере- всей базы данных проекта на схемном и физиче-
дачей проекта инженеру по топологии. ском уровнях. Constraint Manager управляет ком-
Signal Explorer – графическая среда для иссле- поновкой, размещением и интерактивной трас-
дования, анализа и создания вариантов элек- сировкой в реальном времени или в пакетном
трических соединений. Здесь в максимально режиме. Здесь отображаются результаты расче-
доступном и наглядном виде отображаются все тов по задержкам сигналов на плате, импедансу,
входящие в состав одной или нескольких цепей дифференциальным парам и т.д.
электрические модели (проводники, переход- Signal Wave (SigWave) – виртуальный осцил-
ные отверстия, источники и приемники сигна- лограф и редактор графиков. Он позволяет обра-
лов и т.д.) и их характеристики. Встроенный батывать результаты анализа, расставлять кон-
в Signal Explorer програмный алгоритм TLSim трольные точки, просматривать уровни сигналов
(Transmission Line Simulator, симулятор линий на различных временных интервалах, отобра-
передачи) работает с моделями линий пере- жать спектр сигнала, диаграмму и т.д.
дач, устройств (IBIS и DML), Spice-моделями Model Editor – редактор моделей компонентов,
и S-параметрами, но не может работать с моде- используемых при анализе целостности. Помимо
лями, описанными на транзисторном уровне. стандартных возможностей по текстовому редак-
Signal Noise (SigNoise) – модуль, предна- тированию, Model Editor позволяет тестировать
значенный для быстрого анализа сигналов на модели и выводить результаты в графической
плате на предмет наличия отражений или форме через SigWave.
162 печатный монта ж №5 (00040) 2012
проектироваНие печатных плат www.electronics.ru Предтопологический анализ целостности сигнала Прежде чем начать описание методов работы с PCB SI, нужно пояснить, что на схемотехни- ческом уровне под топологией понимается не законченный проект для физической реали- зации цепи с проводниками и переходными отверстиями, а набор идеальных электриче- ских моделей, составляющих цепь. Сюда входят соединения меж ду выводами, нагрузки, ис точ н и к и на п ря же н и я, источники и приемники сиг- налов. Для предтопологиче- ского моделирования любое соединение может быть пред- ставлено в виде идеальной линии передачи с принятыми по умолчанию в PCB SI значе- ниями задержки и импеданса. Рис.1. Система управления ограничениями Constraint Manager Предположим, что у нас име- ется плата с несколькими высокоскоростными цепь следует предварительно подготовить, т.е. интерфейсами, один из которых – DDR2, использу- назначить всем компонентам модели и задать емый для связи специализированной ИС с микро- напряжение. Использование правильно под- схемами памяти. На этом примере мы пока- готовленных библиотек и настроенного про- жем методы проведения предтопологического екта почти всегда гарантирует минимальное анализа целостности сигнала, начав с передачи топологии одного разряда данных интер- фейса DDR2 в Signal Explorer. 1. На схеме в Design Entry HDL через меню Tools – Constraints – Edit перейдем в Constraint Manager. 2. В элек т ричес ком домене перейдем в директо- рию Net и выберем таблицу Routing – Wiring. Сама таблица отобразиться справа от менед- жера таблиц. В ней выберем интересующий нас сигнал с именем DDR2_DQ0 (рис.1). 3. Для передачи цепи со всеми ее составляющими в Signal Explorer для анализа нужно нажать правую кнопку мыши и выбрать SigXplorer…, либо нажать кнопку на панели инструментов. Следует отметить, что перед передачей Рис.2. Программа для анализа целостности сигналов Signal Explorer №5 (00040) 2012 печатный монта ж 163
проектироваНие печатных плат www.electronics.ru
Подбор оптимальных параметров
компонентов топологии
Предтопологическое моделирование позволяет
подобрать оптимальные сопротивления согласую-
щих резисторов, установленных на концах линий
передачи. Кроме этого, с его помощью решается
еще одна важная задача – определение оптималь-
ного импеданса, при котором отражение сиг-
нала и уровень шума будут минимальны. Signal
Explorer позволяет варьировать значения пара-
метров всех элементов цепи, причем есть воз-
можность устанавливать зависимость изменения
одного или нескольких параметров друг от друга
для различных моделей.
Подобрать оптимальные величины сопротив-
лений согласующих резисторов можно по следую-
щему алгоритму.
1. На панели Parameters в окне Signal Explorer
Рис.3. Настройка источника сигнала в Signal Explorer раскроем список параметров элементов топо-
логии и выберем интересующий нас резистор
количество настроек перед моделированием. RN54 (Circuit – PCB_SI_001 – RN54). Это можно сде-
В нашем же случае для упрощения мы рассма- лать быстрее, выбрав значение сопротивления
триваем уже отлаженную схему. на самом резисторе в рабочем поле программы.
4. В окне Signal Explorer (он же Topology После этого щелкнем на значении "54 Ом" на
Editor) отобразится электрическая модель цепи панели Parameters, а затем нажмем на кнопку
(рис.2). рядом с этим значением (рис.5).
Как можно видеть, цепь состоит из пере- 2. Для того чтобы получить значения уровня
дающего и принимающего буферов (U13, U28), сигнала для разных нагрузок, необходимо
соединенных при помощи идеальных линий задать диапазон значений сопротивления,
передачи (TL21 – TL23), пара-
метры которых по умолча-
нию – задержка 0,5 нс (2800 Mil)
и импеданс 60 Ом. Также на
схеме присутствуют согласую-
щие резисторы (RN42 и RN54)
и источник и постоянного
напряжения 0,9 В.
5. Перед моделированием
необходимо задать параметры
входного сигнала. Для этого
нажмем на текст "TRISTATE"
на верхней части символа U13
и в появившемся окне выберем
Stimulus State – Pulse и OK – для
завершения настройки (рис.3).
6. Для запуска моделиро-
вания из окна Signal Explorer
нужно нажать на кнопку
на панели инструментов.
По окончании моделирования
переходного процесса в окне
SigWave появится осцилло-
грамма (рис.4). Рис.4. Результат моделирования в SigWave
164 печатный монта ж №5 (00040) 2012
проектироваНие печатных плат www.electronics.ru в пределах которого будет про- водиться исследование сигнала. В окне Set Parameters: Resistance в секции Linear Range устано- вим диапазон от 50 до 62 Ом и пять шагов моделирования (рис.6). 3. Для резистора R42 устано- вим такие же, как и для R54 значения сопротивлений при моделировании. Это можно сделать с помощью выраже- ния в нижней части окна Set Parameters: Resistance для R42. Выберем в списке Variables RN54. resistance и внесем его в поле Expression с помощью кнопки Append Var (рис.7). Это сокра- тит количество шагов модели- рования с 25 до 5, что значи- тельно упростит поиск решения задачи. Рис.5. Настройка параметров моделей в Signal Explorer 4. Теперь, как и ранее, выберем Analyze – Simulate. При этом появится окно Sweep Sampling, где будет предло- жено еще раз указать необхо- димое число шагов модели- рования. Для выполнения анализа на жмем кнопку Continue. В нижней части окна Signal Explorer на панели Results появятся результаты вычисле- ний для выбранных значений сопротивлений согласующих резисторов (рис.8). Как видно на рисунке, каж- дому шагу моделирования был присвоен номер, отображен- ный в столбце SimID. Как и было задано, всего получилось пять результатов. Выбирая каж- дый из них из списка, можно посмотреть соответствующую ему осциллограмму – для этого нужно нажать правую кнопку мыши и выбрать в появившемся Рис.6. Настройка диапазона значе- Рис.7. Установка связи между меню View Waveform. Можно ний сопротивления для согласую- параметрами нескольких выбрать несколько или сразу щих резисторов резисторов все результаты и просмотреть их в окне SigWave на одном графике. На панели например, проскок (Overshoot), на которые можно Results автоматически показываются различ- ориентироваться при подборе оптимальных зна- ные вычисленные характеристики сигнала, чений параметров компонентов. №5 (00040) 2012 печатный монта ж 165
проектироваНие печатных плат www.electronics.ru
5. Для приведения всех пара-
метров к значениям по умолча-
нию и установки ограничений
после завершения просмотра
результатов необходимо выпол-
нить команду Edit – Transform
For Constraint Manager.
Использование
дополнительных
ограничений
Варьируя параметры и харак-
теристики различных эле-
ментов цепи в Signal Explorer,
инженер добивается опти-
мальных значений для иссле-
дуемого сигнала, ориентиру-
ясь на его целостность. Эти
значения сохраняются в виде
шаблона ограничений и могут
быть автоматически переданы
в Constraint Manager. Далее
покажем, как можно задать Рис.8. Результаты анализа на панели Results в окне Signal Explorer
дополнительные ограничения
для нашего сигнала DDR _DQ U13.AL20, а затем U28.G8. Эти наименования
в Signal Explorer и затем применить их для всей автоматически появятся в секции Rule Editing,
32-битной шины DDR2 в проекте. расположенной справа. Выводы так же можно
1. В Signal Explorer откроем окно для ука- выбирать мышью непосредственно на схеме.
зания ограничений: Setup – Constraints. 3. В списке Rule выберем Length, т.е.
Названия вкладок в этом окне говорят сами задержка сигналов будет задаваться в едини-
за себя, и на каж дой из них можно указать цах длины проводников (Mil). Для минималь-
определенный вид ограничений. Нам тре- ной длины зададим значение 2800 Mil, а для
буется установить значения для минималь- максимальной – 3300 Mil. Для того чтобы доба-
ного и максимального уровней относительной вить ограничение, нажмем кнопку Add. Новое
задержки сигнала, для этого нужно перейти на ограничение появится в поле Existing Rules
вкладку Prop Delay. (рис.9).
2. Теперь необходимо указать пару выво- 4. Пос ле дним ша гом станет непос ре д-
дов, меж ду которыми будет контролироваться ственно передача ограничений в Constraint
задержка. Для этого в поле Pins/Tees выберем Manager в схемотехнический редактор Design
Entry HDL. Для этого в Signal Explorer выбе-
рем пункт меню File – Update Constraint
Manager или нажмем кнопку . Эта процедура
отправит новый шаблон ограничений в базу
Constraint Manager в проекте для цепи DDR 2_
DQ0. Так же на экране появится отчет с инфор-
мацией о переданных ограничениях Electrical
CSet Apply Information. По окончании про-
цедуры будет предложено сохранить шаблон
с ограничениями в файле с расширением .top.
При необходимости шаблон можно использо-
вать в нескольких проектах, что позволит сэко-
Рис.9. Установка ограничений по задержке сигналов номить время и сделать процесс проектирова-
в Signal Explorer ния более удобным.
166 печатный монта ж №5 (00040) 2012
проектироваНие печатных плат www.electronics.ru 5. Для того чтобы присво- ить шаблон TOP1 для всей шины DDR2, нужно в Constraint Manager выбрать первый и последний сигналы с зажа- той клавишей Shift и в появив- шемся списке выбрать TOP1 (рис.10). 6. Откроем раздел Min/Max Propagation Delay. Все цепи, входящие в состав нашей шины, получили значение задержки сигнала в соответ- ствии с электрическим огра- ничением, заданным в Signal Explorer (рис.11). Таким образом мы можем убедиться, что огра- ничения задаются интеллекту- ально, связывая проектирова- ние и моделирование в среде Allegro в единый сквозной процесс. В ре да к торе топологии Рис.10. Назначение шаблона электрических ограничений для цепей PCB SI все назначенные на в Constraint Manager схеме ограничения буду т №5 (00040) 2012 печатный монта ж 167
проектироваНие печатных плат www.electronics.ru
с пе ц иа л ьн ы м м аркер ом.
При интерактивной трасси-
ровке и подстройке длины про-
водника в реальном времени
появляется индикатор, пока-
зывающий соответствие этой
длины заявленному ограниче-
нию – на нем отображается раз-
ность между требуемой и реаль-
ной за держками сигнала.
Зеленый цвет индикатора
означает, что длина трассы
удовлетворяет ограничению,
красный – что длина трассы
находится за пределами допу-
ска (рис.13). Результаты работы
Рис.11 Задержка сигналов, назначенная через шаблон TOP1 будут видны и в Constraint
Manager (рис.14).
управлять процессом трассировк и. Если Следующий этап – это посттопологическ ий
задержка сигналов на плате будет отличаться а на лиз целос тнос ти сигна лов и коррек ти-
от заданной в Constraint Manager, то система ровка топологии по его результатам. Здесь
предупредит об этом. В Constraint Manager возмож ности Allegro PCB SI неисчерпаемы, их
можно изменять и добавлять ограничения, описание может быть темой для отдельной
здесь же показаны величины реальной и требу- статьи. Как и в случае с описанной схемой,
емой задержек и их разность. люба я цепь из редактора топологии может
Чтобы показать процесс управляемой огра- быть передана в Signal Explorer для моделиро-
ничениями трассировки, пропустим необходи- вания и за дания ограничений для Constraint
мые шаги генерации списка соединений и раз- Manager. Однако в этом случае модель цепи
мещения компонентов и будем работать с уже будет содерж ать в себе у же не и деа льные
почти готовой топологией. Предположим, что линии передачи, а реа льные модели прово-
в проекте осталась только одна незавершенная дников и отверстий, привязанных к тополо-
цепь из шины DDR _DQ0 (рис.12). гии платы и ее материа лам.
На плате цепь DDR 2_DQ0 не соответвует Таким образом, все процессы проектирова-
ограничению по длине, эта ошибка помечена ния быстродействующих плат в Allegro тесно
связаны с системой анализа
целостности сигналов Allegro
PCB SI и это обеспечивает высо-
кую точность и качество про-
ектов. Важную роль в этом
процессе играет тесное взаи-
модействие меж ду инжене-
ром-схемотехником, инжене-
ром по топологии и инженером
по анализу целостности сиг-
налов. Благодаря общей базе
проекта в Allegro такое взаи-
модействие становится мак-
с има льно прод у к т ивным.
Предтопологический анализ
целостности сигналов про-
водится на этапе разработки
схемы с целью формирования
Рис.12. Constraint Manager в редакторе топологии Allegro PCB SI шаблонов с электрическими
168 печатный монта ж №5 (00040) 2012
проектироваНие печатных плат www.electronics.ru
ограничениями, которые пере-
даются в редактор топологии
PCB SI для компоновки про-
екта, моделирования и пред-
варительной трассировки наи-
более критичных цепей. Здесь
электрические ограничения
корректируются и становятся
более сба лансированными.
Далее вся база проекта с огра-
ничениями передается инже-
неру по топологии в Allegro PCB
Designer. Трансляции данных
между Allegro PCB SI и Allegro
PCB Designer не требуется, что
позволяет избежать связан-
ных с этим возможных потерь
в базе проекта. Allegro PCB
Designer, в отличии от Allegro
PCB SI, "заточен" именно под
Рис.13. Подстройка сигнала в Allegro PCB SI в соответствии с ограничением трассировку плат с привязкой
к возможностям конкретного
производителя, учетом техно-
логичности проектов и обеспе-
чения контролепригодности
Рис.14. Значения требуемой и реальной задержек сигнала в Constraint Manager и надежности плат. ●
НОВЫЕ КНИГИ ИздательствА "Техносфера"
Магнитомягкие материалы
Энциклопедический словарь-справочник
Ю.Н. Стародубцев
Словарь-справочник представляет собой сборник 1800 терминов и справочных данных по физике
и технике разработки, производства и применения магнитомягких материалов. Подробные
и доступные статьи по терминам и понятиям, расположенные в алфавитном порядке, относятся
как к фундаментальным наукам (математика, физика, химия), так и к техническим дисциплинам
(металлургия, металловедение, электротехника, силовая электроника). В ряде статьей приведены
Цена: 975 р. справочные данные и сведения из истории появления термина со ссылкой на соответствующие работы.
Завершают издание списки упомянутых в словаре предприятий и организаций, а также краткие
биографии ученых и перечень их пионерских работ. Для удобства поиска имеется предметный указатель.
Энциклопедический словарь-справочник предназначен для научных работников, инженеров
и студентов по специальностям “Физика металлов”, “Физика магнитных явлений”, “Металловедение
и термическая обработка”, “Электротехника”, “Силовая электроника”, “Радиотехника и связь”.
Как зака зать наши книги?
✉ 125319 Москва, а/я 91; ℻ (495) 9563346, 2340110; knigi@technosphera.ru, sales@technosphera.ru
№5 (00040) 2012 печатный монта ж 169
Вы также можете почитать
