SI仿真操作.doc

1 SI仿真介绍信号完整性（SIGNAL INTEGRITY简称SI）是指信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。由于信号速率的提高，信号在板级的整个传输链路不再是集中参数，如传输线、过孔、器件封装焊盘、连接器等都要看成分布参数，这些分布参数会造成信号的延时、阻抗不匹配引起的信号反射、速率提高造成的趋肤损耗增大、PCB板材的介电损耗增大等等，这些高速效应均会给信号质量带来一系列恶化影响，如过冲、振铃、非单调性、噪声裕量减小、上升下降沿变缓、眼图恶化、抖动加大等等，最终会导致误码、系统不稳定等多种产品问题。1.1 SI仿真内容 SI仿真分为前仿真和后仿真，主要对DDR和NAND FLASH的信号完整性进行仿真，具体内容包括过冲、振铃和眼图三方面。 过冲：过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。振荡：振荡和过冲在本质上是相同的，在一个时钟周期中,反复的出现过冲和下冲,我们就称之为振荡。振荡是电路中因为反射而产生的多余能量无法被及时吸收的结果。振荡根据表现形式可分为振铃和环绕振荡。振铃为欠阻尼振荡,而环绕振荡为过阻尼振荡。眼图：指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。眼图的成因：由于示波器的余辉作用，扫描所得的每一个码元波形将重叠在一起，从而形成眼图。 阈值电压(Threshold VoltagesV_high_ref and V_low_ref) 示波器开始/停止测量的电压，如下图所示： V_high：信号的额定高电平（或最高电压）； V_high_ref：信号高电平的参考电压（80% V_high）； V_low:信号的低电平（或最低电压）； V_low_ref：信号低电平的参考电压（V_low+20%V_high）。 如图1所示：图1 Tsu：信号建立时间； Th：信号保持时间。 信号传输时差： T_high：在眼图中信号高电平所经历的时差（如图2中菱形框中上部分实线横杠所示） T_low：在眼图中信号高电平所经历的时差（如图2中菱形框中下部分实线横杠所示） 图21.2 仿真工具HyperLynx V8.0。1.3仿真通过的标准 过冲和下冲：上升沿信号的波峰值超过最高电压的个数小于3个，过限幅值20%最高电压；下降沿信号的波谷值低于最低电压的个数小于3个，过限幅值20%最高电压。 振铃：上升沿信号出现的每个振铃的波谷不能低过V_high_ref；下降沿信号出现的每个振铃的波峰不能超过V_low_ref； 眼图：(min(T_high, T_low)-( Tsu+ Th)/ ( Tsu+ Th)30%。2 前仿真操作步骤2.1 建立一个新的 LineSim 原理图，点击工具条上的图标“New LineSim Cell-based Schematic” ，便可以建立一个新的 LineSim 原理图，或者通过菜单选择 File - New Cell-based Schematic。 2.2 选择工具条上绿色的叠层图标“Edit Stackup” ,或者通过 Setup - Stackup-Edit选项，您将看到一个 6 层板的叠层结构图以及各层和介质层的参数。双击您需要编辑的项目表格,例如双击您需要编辑的项目表格，例如介质层厚度、线宽等等，根据需要编辑顶层、底层和各个走线层、参考层以及介质层的参数，您可以分别选择 Basic、Dielectric、Metal、Z0 Planning、Custom View 进行各个项目的编辑。2.3 在Stackup Edit 中编辑层数，选中需要编辑的层，通过Edit-Insert Above或Edit-Insert Below进行编辑，如图3所示：图3 2.4 鼠标左键点击第一排的两个 IC 符号以便激活 LineSim 原理图中的驱动器和接收器IC（CELL A0 和 B0），点击连接两个 IC 之间的标准的传输线符号，就可以激活此传输线，点击RS(A0)后出现选择电阻、电容、电感的窗口，如图4和图5所示：图4图52.5 添加器件的IBIS模型库 点击菜单栏中的Models-Edit Models Library Paths，进入Set Directories窗口。在Set Directories中点击左边的Edit，进入Select Directories For IC-Model Files，点击Add后出现“浏览文件夹”的窗口，找到存放目录后进行添加，如图6和图7所示：图6图72.6 添加IBIS模型2.6.1 用鼠标右键点击IC标号，进入Assign Model窗口，在Pins中选择需要指定模型的器件，点击右边的“Select”按钮，如图8所示：图82.6.2 在Select IC Model窗口中，Libraries、Devices、Signal中选择需要的参数，如图9所示：图92.6.3 在原理图中右击微带线图标，进入Edit Transmission Line窗口，点击Microstrip后，再点击Values，进入微带线设置的窗口，输入相应的参数。如图10和图11所示：图10图112.6.4 过冲和振铃的仿真2.6.4.1 点击工具条上的图标“ SI Oscilloscope” 或者通过Simulate SI -SI Oscilloscope进入Digital Oscilloscope窗口，通过Operation中的Standard选择过冲和振铃仿真，通过IC modeling中的Slow-Weak、Typical、Fast-Strong选择仿真的三种模式，通过Show中的Previous result可以选择是否显示上次的仿真结果，通过Start Simulation查看数字示波器的图形，如图12所示：图122.6.4.2 在原理图中右键点击匹配电组，直接输入需要的匹配电阻值，通过匹配的调整，使得过冲和振铃满足要求，如图13所示：图132.6.4.3 过冲和振铃仿真结果判断在图14中有一个振铃，所以不合格，在图15没有过冲和振铃，所以是合格的。图14图152.6.5 眼图仿真2.6.5.1 根据过冲和振铃仿真结果，加入需要的匹配电阻。进入“Digital Oscilloscope”窗口，点击Operation中的Eye Digital，点击Eye diagram中的Configure进入“Configure Eye Diagram”窗口。点击“ Configure Eye Diagram”窗口中的stimulus，在Bit pattern中的Bit处选择5，选的数值越大，需要的仿真时间越长，一般选择最小值5，在Stimulus中的Bit internal中填入时钟周期，从芯片手册中查找，在Sequence处填入1。点击“ Configure Eye Diagram”窗口中的Eye Mask，在图16中“1.800”处填入信号的额定高电平，“0.000”处填入信号的额定低电平，“2.000”填入额定高电平的1.2倍，“-0.200”处填写额定高电平的0.2倍的负值，横向时间边界为90%cycle time，设置完成后点击确定后进入“Digital Oscilloscope”窗口，点击Start Simulation查看波形，如图16、图17、图18所示：图16图17图182.6.5.2 眼图的计算 从芯片手册中查找出保持时间、建立时间,根据眼图仿真波形算出横向时间，然后减去保持时间和建立时间的和，即可算出余量，下面是一个Flash的眼图计算。2.6.5.2.1 保持时间、建立时间、时钟周期的查找 MT29F2G08ABBEAH4芯片手册的截图如图19所示： 图19 时钟周期（WRITE cycle time）：25ns； 保持时间（Data hold time）：5ns； 建立时间（Data setup time）：10ns；2.6.52.2 余量计算 仿真的波形如图20所示：图20 从图中可以看出波形没有越过eye perimeter，所以余量是250.9-10-5=7.5。3 后仿真操作步骤3.1 hyb文件的生成3.1.1 导出dsn文件 点击PCB Edit中的File-Export-Router，出现“Export To Auto-Router”窗口，点击Run，在存放PCB的工程文件中生成dsn文件，如图21和图22所示：图21图223.1.2 生成hyb文件 点击File-New Board或菜单栏中的 ，进入Choose a File To Translate窗口，选择生成的dsn文件，点击打开，进入Translate a File窗口，如图23所示。图23 点击Translate&Open，进入Illegal Singal-Pin Components Found窗口，如图24所示：图24 点击Fix Component进入Warning窗口，如图25所示：图25 点击是进入Connect Nets With manhattan Routing窗口，点击Select nets only，在前面有问号的电源网络处点击鼠标左键，使之变成 ，点击Close，进入Stackup Verifier窗口，点击close出现hyb文件，如图26所示：图263.2 过冲和振铃仿真3.2.1 设置好电路板的层参数，方法和前仿真中的一样。通过Select-Net by name for SI analysis或点击工具栏上的 按钮，出现Select Net By Name窗口，选择要仿真的网络，点击OK,在hyb中相应的网络会高亮显示，如图27所示：图273.2.2 Models-Assign Models/Values By Nets或点击工具栏上的 按钮，进入Assign Models，点击IC，点击R194处，在Value处填写需要的数值，点击Value To Paste的Copy和Paste使能输入的数值，如图28所示：图283.2.3 在Assign Models窗口的IC中选择U5.A8，选择Select进入Select IC Models窗口，为管脚指定需要的IBIS模型，同样的方法指定其他芯片的模型，如图29和图30所示：图29图303.2.4 在Assign Models窗口中，点击Quick Terminator，在Terminator style中选择需要的终端模型，在Terminator values中输入需要的数值，点击关闭，如图31所示：图313.2.5 点击工具条上的图标“ SI Oscilloscope” ，进行数字示波器窗口，查看波形，合格标准和前仿真中的相同，不再说明。通过终端匹配电阻的调节，直至波形合格。3.4 眼图的仿真 眼图的仿真也是先选择目标网络，然后给定模型，通过数字示波器查看波形，计算余量，计算出来的结果得和前仿真中的一致，说明合格。