Katalog
1. Grundläggande introduktion
2. Jämförelse av simuleringsprocesser
2.1. Skillnader i vyer
2.2. Skillnader i bearbetning av simuleringsresultat
2.3. Skillnader i förbearbetning-
2.4. Skillnader i körkodstyper
3. Jämförelse av resultat
3.1. Läs operation
3.2. Skriv operationer
4. Modellbearbetning
4.1. IBIS modell
4.2. S-parametermodell
5. Rapportgenerering
6. Sammanfattning
Det finns många-höghastighetssignalsimuleringsverktyg, och de viktigaste med stora användargrupper är Sigrity, Siwave, Hyperlynx, ADS, CST och så vidare. Varje verktyg har sin egen svarta teknik bakom sig, och överlag utvecklas det mot målet om mer noggrannhet, effektivitet och bekvämlighet.
Den här artikeln jämför skillnaderna mellan Siwave och Sigrity på SI-simulering, och för nybörjare kan en av dem väljas som den som är lätt att komma igång. Författaren själv är skickligare med Siwave, och Sigrity används bara som en daglig jämförelsereferens.
1. den grundläggande introduktionen
Simuleringsobjektet för denna uppsats är utvecklingskortet i.MX8QXP på den officiella webbplatsen för NXP. (i.MX 8-processorfamiljen är mycket integrerad och är en mycket representativ produkt från Infineon, som används flitigt inom industriell kontroll, smart stad, smarta hem och bilelektronik, etc. Den kan stödja grafik, video, bildbehandling, ljud- och röstfunktioner, och den kan tillfredsställa behoven när det gäller säkerhetsautentisering och hög energieffektivitet.)
PCB-layouten i sin helhet visas i följande figur, MCU-DRAM-VRM-systemet markerat med den orange rutan är huvudsimuleringsobjektet i detta dokument och målsignalen är LPDDR4-signalen.
Fig. 1 Översikt över utvecklingskortets PCB
Som kan ses från det schematiska diagrammet i figur 2 (röd ruta), innehåller mål-IC-designen fyra grupper av datasignaler, på de fyra grupperna av datasignaler för simulering är adresslinjesimuleringsmetoden densamma, så detta dokument kommer inte att upprepas. (Enligt DDR-signalspecifikationen är datasignalen för hela DRAM-systemet i den snabbaste signalhastigheten, följt av adresssignalen, simulerings- och testfokus på nätverket, eftersom hela simuleringsprocessen måste hänvisa till JEDEC-standardspecifikationskraven, så du måste ha en viss förståelse för DDR-signalspecifikationen, vet inte läsaren kan slå upp den relevanta DDRANS-introduktionen för D4YS simulering.)
Figur 2 DDR-sektion av utvecklingskortets schema
Simuleringsstackinställningen visas i figur 3 för att säkerställa att PCB-inställningen är konsekvent och att samma stackuppsättning används för både Siwave och Sigrity.
Figur 3, PCB-stapling
Eftersom signalens SSN-effekt beaktas i simuleringen måste effekten av PDN beaktas samtidigt, och enhetsparametrarna är enhetligt inställda enligt följande tabell för konsekvens.
| modellparameter | bitnummer | kapacitet |
| GRM152D70E224ME19 | C24,C25,C26,C27,C28C29,C30,C35,C36,C37,C38,C43,C44,C45,C46,C55,C56,C57,C62,C1646,C1647,C1648,C1649,C1651,C1652,C1653, C1654,C1655,C1656,C1657 |
2.2E-7 |
| GRM152R60J105ME15 | C68,C69 | 1E-6 |
| GRM155C71A225ME11 | C47,C48,C49,C50,C51,C52,C63,C64,C65,C66,C67,C70,C71,C72,C1645,C1650 | 2E-6 |
| GRM31CC80J226ME19 | C18,C19,C20,C39,C40,C41,C42,C133,C134 | 2.2E-5 |
Tabell 1, parameterlista för kraftnätskondensatorer
Återigen, för jämförelsesyften, ställs enhetens driv- och mottagningsparametrar inom Siwave och Sigrity in enligt tabellen nedan.
| Läge | Parameter | Värde |
| Läsa | DRAM Sväng | PD60-ODT40-VOH30 |
| SOC | ODT-60 Ohm | |
| Write | SOC-rutt | 80 Ohm |
| DRAM | ODT-40 Ohm |
Tabell 2, Inställningstabell för enhetsdrivrutiner
Slutligen kan vi kort presentera två programvaror för att underlätta för nybörjare att göra sina egna val.
(1) Siwave är en mjukvara släppt av ANSYS, inkluderad i ANSYSElectronics Desktop (vanligtvis även känd som "Electronics Desktop"), Electronics Desktop är främst för elektrodynamisk simulering, kan möta behoven för alla typer av simulering från DC till terahertz-band. De tre modulerna Siwave, Circuit och HFSS 3D-layout används huvudsakligen för att hantera PCB och motsvarande krets-PCB-sam-behov. Från mjukvarufunktionerna är simulering av signalintegritet bara en av de många funktionerna hos ANSYS elektroniska stationära datorer, förutom kraftelektroniksimulering, RF- och antennsimulering, magnetisk komponentsimulering och simulering av flera-fysiska fältleder. ANSYS är ett bra val om användare har mer komplexa och varierande simuleringsbehov. Tyvärr har ANSYS inget layoutverktyg, vilket leder till att dess PCB-simulering behöver hantera behovet av att använda Cadence och andra EDA-företag för att utföra en del av mjukvarans PCB-förbearbetningsarbete, vilket är i optimeringen av PCB:n är mycket mindre bekvämt än simuleringsmjukvaran som levereras med layoutverktyget.
(2) Sigrity är en produkt av Cadence. Utöver de höga chipdesignverktygen använder vi vanligtvis Cadence-programvarupaketen främst Orcad och Allegro, samt Pspice och Sigrity. Orcad- och Allegro-funktioner känner vi alla till, främst schematiska och layout, Pspice-kretssimuleringsverktyg, Sigrity för PCB-simuleringsverktyg. Sigrity är ett PCB-simuleringsverktyg som innehåller System SI, Power SI, Power DC och andra moduler för att möta behoven av PCB-simulering av signal- och effektanalys samt design och simuleringsbehov.SIgrity och SIwave är väldigt lika i algoritmer, båda använder en hybridalgoritm som inkluderar FEM, metod för moment och transmissionslinjemetod. Som du kan se här kan Cadence, företaget bakom Sigrity, inte hantera komplexa EMF-simuleringsbehov, men det är en auktoritet inom Layout och CAD. Och från inlärningskostnaden är Sigrity lättare att komma igång med mer relativ information.
2. Jämförelse av simuleringsflöde
I simuleringen av DDR har Siwave och Sigrity en liknande övergripande process: Siwave extraherar S-parametrarna för PCB:n av sig själv och bygger sedan systemkretsarna i Circuit för simulering; Sigrity extraherar S-parametrarna för PCB med Power SI och bygger sedan systemkretsarna i System SI för simulering; Sigrity extraherar S--parametrarna för PCB med Power SI och bygger sedan systemkretsarna i System SI för simulering; och Sigrity bygger systemkretsarna i SI. SIgrity, å andra sidan, extraherar S-parametrar från PCB:er via Power SI och bygger sedan systemkretsar i System SI för simulering.
2.1 Visningsskillnader
Efter att Siwave har integrerats i Circuit är den övergripande kretstopologin tydligt definierad och nyckelinformationen återspeglas nästan helt i huvudvyporten.
Fig. 4, DDR-simuleringstopologi inbyggd i krets
Huvudfönstret i Sigritys systemgränssnitt är mer kortfattat jämfört med användarens behov av att redigera kretsar, vilket måste göras genom att dubbelklicka på lämplig ikon, med mer information gömd i det sekundära gränssnittet.
Figur 5: DDR-simuleringstopologi byggd i Sigrity
2.2 Skillnader i bearbetning av simuleringsresultat
När du använder Siwave måste användaren anropa simuleringsresultaten, och i exporten av ögondiagrammet måste ställas in manuellt UI-tid, och i drivparametrarna, signalhastighet, etc. re-redigera, kommer de ursprungliga resultaten att raderas, om du vill behålla det måste kopieras manuellt, kort sagt, den övergripande processen för driften av den manuella delen av lite mer.
Fig. 6, Resultatgränssnitt för kretssimulering
Tvärtom, när du använder Sigrity genereras simuleringsresultaten automatiskt, presentationen av vanliga resultat som ögondiagram är också mer automatiserad, och programvaran kan även automatiskt spara resultaten från varje simulering när användaren gör upprepade redigeringar av frekvensomriktarens parametrar, signalhastighet och så vidare. Det vill säga, hela processen är mer automatisk.
Figur 7: Resultatgränssnitt för system SI-simulering
2.3 Skillnader i för-förbehandling
Siwave är mer heltäckande inom modellförbearbetning på grund av sin högre integrationsgrad, vilket ger full nytta av kraften i ANSYS eDesktop, inklusive kontroll av S-parameterefterlevnad, IBIS-modellkontroll, reparation, om-redigering, etc. Personligen tycker jag att det är mer professionellt. Därför tycker jag personligen att det är mer professionellt.
Fig. 8, Siwaves bearbetning av S-parametermodeller
Figur 9, Siwaves bearbetning av IBIS-modellen
Figur 10, Cadences eget IBIS-modelleringsverktyg
2.4 Skillnader i förarkodstyper
Det finns vissa skillnader mellan Siwave och Sigrity när det gäller förarkodstyper. Bland dem har Siwave som standard PRBS-kodtyp, och varje nätverkskodtyp kan ställas in för att genereras slumpmässigt av systemet.
Figur 11: Inställningsgränssnitt för kodtyp i Siwave
Sigrity är liknande i uppsättningen av drivrutinsmönstret, men med den extra funktionen kanaldetektering, som kan generera ett "värsta fall" förarmönster baserat på kanalens svarsegenskaper. Denna punkt tar huvudsakligen hänsyn till SSN-effekten av PDN, enligt Larry Smiths (Qualcomm PI:s chefsexpert) artikel, kan systemet i en speciell kodtypsenhet triggas för att få systemet att krascha övervågen, och detta fenomen definieras som en Rogue Wave. ur denna synvinkel är WORST CASE ett bekvämare sätt att testa DDR-systemets robusthet.
Figur 12, Sigrity-kodgenereringsverktyg
3. Jämförelse av resultat
Signalhastigheten är inställd på 4,266 Gbps och resultaten erhålls genom simulering respektive.
3.1 Läs Operation
Det kan ses att resultaten av de två verktygen i läsoperationen i princip är desamma, det finns vissa skillnader i detaljerna i vågformen, som att ögonhöjden på Sigrity-vågformen är något mindre än Siwave-resultaten. Personligen antar jag att huvudorsaken är att det finns vissa skillnader mellan de två verktygen vid bearbetning av IBIS-modelldata. (Varför inte skillnaden i S-parameterresultat? Orsaken är följande.)
Figur 13, Jämförelse av Byte0-resultat
Figur 14, Jämförelse av Byte1-resultat
Figur 15, Jämförelse av Byte2-resultat
Figur 16, Jämförelse av Byte3-resultat
3.2 Skrivoperation
I skrivoperationsresultaten är det en enorm skillnad mellan de två, med Siwave som uppnår betydligt bättre resultat än Sigrity, som har mycket dålig högnivåamplitudkonsistens, vilket resulterar i ett betydligt tjockare "ögonlock" än Siwave-resultaten.
Figur 17, Jämförelse av Byte0-resultat
Figur 18, Jämförelse av Byte1-resultat
Figur 19, Jämförelse av Byte2-resultat
Figur 20, Jämförelse av Byte3-resultat
4. Bearbetning av modellen
4.1 IBIS-modell
Enligt ett blogginlägg av Wei-hsing Huang (Principal Consultant of SPISim USA, senare förvärvad av ANSYS) finns det en övre frekvensgräns för användningen av IBIS-modellen, bortom vilken bufferten inte kommer att ha tillräckligt med tid för att slutföra övergångarna mellan uppgång, fall eller båda. Denna situation kan leda till diskontinuiteter, fel eller till och med icke-konvergens i simuleringsprocessen. Vi definierar detta fenomen som överklockning.
Överklockning finns i MCU-modellen som tillhandahålls av NXP:s hemsida. När vi öppnar dess vågform för DDR-drivrutinen kan vi se att längden på dess stigande kant har nått 10ns, vilket allvarligt har överskridit den lägsta kodbredden på 4,266 Gbps.
Siwave har integrerad IBIS modell förbearbetningsfunktion inuti för att maximera trimningen av vågformens bredd för att möta högre frekvenskrav. Som kan ses i figuren nedan reduceras den optimerade vågformens stigande kantbredd till mindre än 800ps.
IBIS modellkontrollfunktion ingår också i Sigrity och kommer att kontrollera efterlevnad. Den är dock begränsad till enbart kontroll och hittar inte delar som är ytterligare optimerade för bearbetning. Det är av denna anledning som det finns en stor skillnad i resultaten mellan de två i skrivläge.
Figur 23, IBIS modellkontrollfunktion i Sigrity
4.2 S-parametermodell
Vid användningen av Sigrity, fann att dess Power Si i genereringen av S-parametermodellen det finns en icke-konvergens av situationen, resultaten av de två simuleringarna tillsammans för jämförelse, kan du se att en av gångerna finns en uppenbar icke-passivitetssituation. Författaren är inte säker på varför denna situation uppstår, och jag hoppas att lärare som känner till det kan svara på denna fråga.
Fig. 24, Jämförelse av S-parametrar erhållna från två simuleringar av PowerSI
5. Rapportgenerering
För komplexa DDR-simuleringsresultat är det en tråkig uppgift att kontrollera JEDEC-standarddokumenten för överensstämmelse en efter en. Siwave och Sigrity, som mogen kommersiell programvara, har båda kompletta rapportgenereringsfunktioner. Den inbyggda-rapportgenereringsfunktionen förenklar denna del av arbetet avsevärt genom att automatiskt kontrollera simuleringsresultaten och skriva ut en efterlevnadsrapport.
Däremot är Siwaves rapportgenereringsfunktion mer besvärlig, användare måste gå till omdefinieringen av resultatsignalen, för att få motsvarande simuleringsrapport, samtidigt saknar Siwaves simuleringsrapport nyckelinformation som staplingsinformation, information om avkoppling av kondensatorer, drivrutinsinställningar för modell och webbsideformatet för resultatdokumentet kan inte öppnas igen för att visa waveformen.{{0}
Figur 25, Siwave Compliance Report (delvis skärmdump)
Figur 26, Siwave Compliance Report (delvis skärmdump)
Sigritys rapportgenerering är relativt enkelt och bekvämt. Användare behöver inte omdefiniera förhållandet mellan signaler, utan behöver bara några enkla steg för att få en komplett resultatfil med signalvågformer. Detta är mycket användarvänligt- jämfört med Siwave.
Figur 27, Sigrity Compliance Report (delvis skärmdump)
Figur 28, Sigrity Compliance Report (delvis skärmdump)
6. Sammanfattning
Från en enkel jämförelse-vid-sida kan vi se att de vanliga kommersiella SI-simuleringsverktygen kan uppfylla de flesta av simuleringsbehoven. Men i detta skede kan ingen vara perfekt. För att fullt ut utnyttja värdet av SI i produktutvecklingsprocessen måste användarna övervinna bristerna i programvaran.