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释放您的信号完整性分析潜力
释放您的信号完整性分析潜力
信号完整性分析提供了当信号从驱动器传播到接收器时信号衰减量的度量。换句话说，它表示信号沿PCB迹线传播而不失真的能力。
什么是PCB仿真？
PCB仿真和信号完整性分析
进行PCB仿真是为了了解电路板的实际行为。通过快速预览印刷电路板的性能，基本上可以提高制造效率。准备好PCB布局后，即可执行仿真（3D电磁仿真）。接下来是信号完整性分析。
电路板制造完成后，将进行范围测量和SI分析。SI分析执行两次，一次在布局阶段，一次在电路板制造后。
如何释放您的信号完整性分析潜力？
这里要考虑三个方面：
了解SI问题的根本原因
拥有逼真的虚拟原型
依靠可靠的PCB制造商
让我们看看这三点如何在PCB设计工作流程中融合在一起。
PCB设计工作流程
电路板设计工作流程分为三个主要阶段。它们是早期设计，PCB布局和PCB制造。系统框图是在早期设计阶段绘制的。PCB布局阶段具有堆叠和布局设计。最后，在制造阶段进行板的制造和组装。虚拟原型通常在制造过程开始之前发送给制造商。
虚拟原型的示例
虚拟原型使设计人员能够在PCB原型制造之前识别并解决与信号完整性，热管理和可制造性有关的问题。下图显示了Xilinx FPGA ZCU104的虚拟原型。
虚拟PCB原型
通过考虑网络进行仿真。在这里，我们考虑从CPU（发送器）流向HDMI重定时器的信号。信号流如下图所示。
衡量信号损失的指标
在开始仿真之前，对我们来说，预测信号损耗非常重要。可以使用损耗指标手动计算损耗。
信号损耗的计算
走线的长度约为3英寸，损耗为0.1至0.2 dB / in / GHz。信号损耗可以如下计算：
0.1 x（3英寸）x（10 GHz）= 3 dB;
0.2 x（6英寸）x（10 GHz）= 6 dB
因此，我们可以预期会有3至6 dB的损耗。
延时计算
我们在FR4中使用信号速度来预测时间延迟。那是6英寸/纳秒。可以如下计算时间延迟：
时间延迟=（迹线的长度）/（FR4中的信号速度）；
（3英寸）/ 6 ns = 0.5 ns。预期的时间延迟约为0.5纳秒。
差分阻抗（Z diff）的计算
我们使用经验法则来预测Z diff。
HDMI走线的宽度和间距
HDMI走线的堆叠
HDMI走线的堆叠
堆栈显示，H1为3mils，H2为2.9mils。可以使用经验法则来计算差分阻抗。
阻抗经验法则：如果最小值（H1，H2）的宽度约为1，间距约为3W，则差分阻抗等于100欧姆。
的差分阻抗可以被计算如下所示：
Z diff = 100欧姆，如果；W / {min（H1，H2）}等于1，S大于3W。其中W是走线宽度。在此，几乎满足第一条件（W / {min（H1，H2）}等于1）。为了满足第二个条件（S应大于3W），间距应在9密耳左右。在这种情况下，间距约为4密耳。这意味着差分阻抗将小于一百欧姆。 让我们假设阻抗约为90欧姆。
现在，我们有了所有预期值。这些值可以通过执行快速RapidScan进行交叉验证。请按照以下步骤在Keysight EDS中运行2D RapidScan。
将开发板导入软件。是德科技ADS SIPro将显示所有导入的电路板网
选择HDMI网络（信号从CPU传播到重定时器）。
右键单击并选择选项RapidScan-Z0>分析传输。步骤如下图所示。
现在，我们有了所有预期值。这些值可以通过执行快速RapidScan进行交叉验证。请按照以下步骤在Keysight EDS中运行2D RapidScan。
将开发板导入软件。是德科技ADS SIPro将显示所有导入的电路板网
选择HDMI网络（信号从CPU传播到重定时器）。
右键单击并选择选项RapidScan-Z0>分析传输。步骤如下图所示。
下图显示了模拟的预期结果与实际结果之间的比较。
强大的信号完整性仿真工作流程
强大的信号完整性工作流程包括提取通道电磁（EM）模型，剖析通道数据以及探索设计空间。下面的流程图显示了鲁棒的信号完整性仿真过程。
提取通道EM模型
仿真工作流程的第一步是提取通道EM模型。在执行此操作之前，我们需要预测值。现在，我们将已知值转换为S参数。下图显示了转换后的值。
S参数的期望值
下图显示，对于低频和高频，S参数的期望值和结果值是一致的。
剖析您的频道资料
第一步是将单端走线转换为差分对。下图显示了将单端走线转换为差分对的设置。
单端走线到差分对的转换
延迟和偏斜计算
以下设置可用于提取时间延迟。
下图显示了期望值与仿真数据一致。
通道模拟
通道仿真将使用PRBS（伪随机二进制序列）来评估信号完整性。下图显示了通道仿真的设置。
预期眼图与仿真数据之间的比较如下所示。
眼图清楚地表明仿真结果是张开的眼睛。因此，期望值与仿真数据一致。
探索设计空间
在这一步中，我们对虚拟原型执行均衡和其他高级分析。
观看整个网络研讨会，以获取有关SI分析的更多实践知识。如果您想了解有关信号完整性仿真的任何特定方面的更多信息，请在评论部分让我们知道。