Altium Demo系列_信号完整性分析SI仿真
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信号完整性分析SI仿真Demo
Altium Designer的SI仿真功能,可以在原理图阶段假定PCB环境进行布线前预仿真,帮助用户进行设计空间探索,也可以在PCB布线后按照实际设计环境进行仿真验证,并辅以虚拟端接,参数扫描等功能,帮助用户考察和优化设计,增强设计信心。
1.在Windows下打开SI_demo子目录,双击打开演示案例项目
SI_demo.prjpcb,当前项目树中只有一页原理图SI_demo.schdoc,双击
SI_demo.schdoc打开原理图。观察到图中有U2和U3两个IC器件。
2.为器件指定IBIS模型(如果元件库中该器件已有正确的IBIS模型,则可跳
过步骤2)
通过双击器件U2,弹出以下窗口:
点击Add右边的下拉箭头,选择Signal Integrity,为器件U2指定SI仿真用的IBIS模型。
在弹出的SI模型选择窗口中点击
Import IBIS,选择U2对应的IBIS模
型文件导入,本例中U2的IBIS模型
文件为SI_demo文件夹中的文件
5107_lmi.ibs,后面各窗口一直点击
OK,直到回到原理图界面,U2的模
型设定完成。
双击器件U3,按照同样的步骤为U3
指定IBIS模型,其对应的IBIS模型
文件为:edd2516akta01.ibs
3.为关注的网络设定规则
通过点击主菜单下的Place->Directives->Blanket,放置一个方框,将所关注的网络名称框住(本例中已经框住了LMID00-LMID15共16位数据总线)。
然后同样通过Place->Directives->PCB Layout, 放置一个PCB Rule规则符号,置于方框的边界上。
双击PCB Rule符号,编辑规则的属性,在以下窗口中依次点击红色矩形标记的按钮或填入相应的值:
经过以上步骤,为LMID00-LMID15这16根信号线添加了一条规则:上升沿overshoot小于300mV(本例中已经预先设置,用户只需按步骤观察确认)。
按照同样的方法,用户也可以添加类似的规则,对上升沿undershoot,下降沿overshoot,下降沿undershoot等进行约束。
4.进入预仿真
点击主菜单Tools->Signal Integrity,进入SI仿真。系统会根据预先设定的
PCB条件对所有存在IBIS模型的信号网络进行快速扫描,将结果显示在弹出的窗口中:
通过点击左下角的Menu->Setup Options可以修改预先设定的PCB条件。此处传输线特性阻抗Track Impedance假定为50欧姆,线长Track Length假定为1000mil:
还需要对Supply Nets和Stimulus进行如下设定(本例已经预设):
设定完成后点击Analyze Design,即可按照新的设定条件仿真。
在快速扫描仿真结果显示窗口中,观察所有信号是否满足步骤3中设定的PCB Rule规则(Status为Passed或Failed)。
5.如需详细观察某信号(如LMID03)的波形,可以选中该信号然后点击右侧
的箭头,将该信号置入右侧小窗口,然后点击下方Reflection Waveforms,观察信号的实际波形:
可以看到,在当前情况下,波形十分理想,满足设计要求。此时,用户往往想要知道,在实际PCB设计中,如果条件与预先设定的情况有偏差,比如线长超过1000mil,是否仍然能达到这样的效果,或者说线长增加到何种程度,将会使信号恶化到不能满足要求,这就是设计空间的探索。
6.设计空间探索
在步骤4中,通过改变预设的Track Length,可以观察不同线长情况下,信号的变化。将线长改为10000mil,得到以下结果:
线长改为5000mil:
线长改为3000mil:
由此可以推断,3000mil以内的线长是安全的,因此可以在PCB设计时通过定义PCB规则来约束LMID00-LMID15这组总线的长度不超过3000mil.
7.PCB布线后的仿真验证
PCB布线完成后,Altium Designer将会根据实际PCB中环境进行SI仿真,以验证实际的PCB设计是否满足要求。
在本例中,右键点击project文件SI_demo.prjpcb,选择Add Existing to Project,将SI_demo目录中的SI_demo.pcbdoc文件加入项目中(即:PCB 布线完成)。
双击打开SI_demo.pcbdoc文件,首先对PCB的叠层设置进行确认,点击主菜单Design->Layer Stack Manager:
通过双击每一层的名称,可以在弹出的窗口中修改该层的厚度与介电常数(对于介质层),Altium Designer会自动根据输入的叠层情况计算出PCB传输线的阻抗用于SI仿真,而此时的线长也由Altium Designer自动根据PCB 布线进行提取。(本例中叠层已预设,用户只需观察确认)
仿照步骤4中的操作,点击Tools->Signal Integrity,进入SI快速扫描,得到结果如下:
其中LMID15显示Failed,其上升沿Overshoot达到350mV。仿照步骤5,单独观察LMID15的波形:
考虑两个方法对LMID15进行优化:一是缩短线长,在PCB中观察其走线过长,可以通过修改走线进行优化(此处不再赘述);二是通过加入端接来减小Overshoot.
8.虚拟端接优化
Altium Designer提供了虚拟端接的功能,在不修改设计文件的情况下,模拟端接进行仿真,寻找到最佳的端接优化方案以后再应用到实际设计中。
针对步骤7中的LMID15,选择串联端接,输入串联电阻值33欧,点击
Reflection Waveform:
观察端接前后的波形比对,其中绿色波形为Receiver端优化后的波形,确定此时的Overshoot已经远远低于设定阈值,优化后的设计满足要求: