PCB-Technologie - Apsim-Spi der Energieintegrität

In PCB-Design, Die Auslegung und Qualitätsanalyse von Hochgeschwindigkeitsstrecken sind zweifellos Gegenstand der Diskussion unter Ingenieuren. Gerade heutzutage wird die Arbeitsfrequenz von Schaltungen immer höher. Zum Beispiel, it is very common for the application frequency of general digital signal processing (DSP) circuit Bretts to be in the range of 150-200MHz. Kein Wunder, dass das CPU-Board in praktischen Anwendungen über 500MHz erreicht. Das Design von Ghz Schaltungen in der Industrie ist sehr beliebt geworden. Das Design all dieser Leiterplatten wird oft durch Mehrschichtplattentechnologie realisiert. Im mehrlagigen Board Design, Es ist unvermeidlich, die Designtechnologie der Leistungsschicht anzunehmen. Allerdings, bei der Gestaltung der Leistungsschicht, Das Design wird aufgrund der gemischten Anwendung mehrerer Arten von Stromquellen sehr kompliziert.

Was sind also die Probleme, die unter PCB Ingenieure? So definieren Sie die Anzahl der PCB Ebenen? Wie viele Ebenen enthalten sind? Wie man den Inhalt jeder Ebene auf die vernünftigste Weise anordnet? Wenn mehrere Bodenschichten vorhanden sein sollten, Wie man Signal- und Masseschichten abwechselnd anordnet, etc.

Wie kann man mehrere Arten von Stromversorgungsblocksystemen entwerfen? Wie 3.3V, 2.5V, 5V, 12V und so weiter Die vernünftige Aufteilung der Leistungsschicht und das gemeinsame Erdungsproblem sind ein sehr wichtiger Faktor für die Stabilität der Leiterplatte.

Wie kann man Entkopplungskondensatoren entwerfen? Die Verwendung von Entkopplungskondensatoren zur Eliminierung von Schaltrauschen ist eine gängige Methode, aber wie kann man seine Kapazität bestimmen? Wo ist der Kondensator platziert? Wann sollte man welche Art von Kondensator verwenden und so weiter.

Wie kann man Bodenprallgeräusche beseitigen? Wie beeinflusst Ground Bounce Noise nützliche Signale und stört sie? Wie kann Return Path Rauschen beseitigt werden? In vielen Fällen ist das unvernünftige Schaltungsdesign der Schlüssel zum Ausfall der Schaltung, und das Schaltungsdesign ist oft die Aufgabe, die Ingenieure hilflos finden.

Wie lässt sich die aktuelle Verteilung sinnvoll gestalten? Besonders das Design der Stromverteilung in der Bodenschicht ist sehr schwierig, und wenn der Gesamtstrom ungleichmäßig in der Leiterplatte verteilt ist, wird dies direkt und offensichtlich den instabilen Betrieb der Leiterplatte beeinflussen.

Darüber hinaus gibt es einige allgemeine Signalprobleme wie Überschwingen, Unterschwingen, Klingeln (Oszillation), Zeitverzögerung, Impedanzanpassung, Glitches usw., aber diese Probleme sind untrennbar mit den oben genannten Problemen verbunden. Es gibt einen kausalen Zusammenhang zwischen ihnen.

Allgemein, das Design einer hochwertigen Hochgeschwindigkeits- Leiterplatte should be considered in terms of signal integrity (SI---Signal Integrity) and power integrity (PI---Power Integrity). Obwohl sich das direktere Ergebnis in der Signalintegrität manifestiert, Wir dürfen die Gestaltung der Machtintegrität in Bezug auf ihre Ursachen nicht vernachlässigen. Weil die Netzintegrität direkt die Signalintegrität des Endsignals beeinflusst PCB Brett.

Es gibt ein sehr großes Missverständnis unter PCB-Ingenieuren, insbesondere diejenigen, die traditionelle EDA-Werkzeuge für das Hochgeschwindigkeits-PCB-Design verwendet haben. Viele Ingenieure haben uns gefragt: "Warum sind die vom SI-Signalintegritätstool des EDA analysierten Ergebnisse nicht mit den tatsächlichen Testergebnissen unserer Instrumente vereinbar und die Ergebnisse der Analyse sind oft ideal?" In der Tat ist diese Frage sehr einfach. Der Grund für dieses Problem ist: Einerseits hat das technische Personal des EDA-Herstellers es nicht klar erklärt; Andererseits ist es das Verständnis der Simulationsergebnisse des Leiterplattendesigners. Wir wissen, dass die am häufigsten verwendeten EDA-Tools auf dem chinesischen Markt SI (Signal Integrity) Analysetools sind. SI ist eine Analyse, die auf Verdrahtungs- und Gerätemodellen basiert, ohne den Einfluss der Stromversorgung zu berücksichtigen, und die meisten davon sogar analoge Geräte. Unabhängig davon (es wird als ideal angenommen) ist es denkbar, dass solche Analyseergebnisse und tatsächliche Ergebnisse fehlerhaft sein müssen. Denn in den meisten Fällen sind die Auswirkungen der Leistungsintegrität in Leiterplatten gravierender als SI.

Obwohl einige EDA-Hersteller teilweise PI-Analysefunktionen (Power Integrity) bereitgestellt haben, da ihre Analysefunktionen vollständig von SI (Signal Integrity) getrennt sind, haben Benutzer immer noch keine Möglichkeit, die Ergebnisse zu sehen, die nahe an den tatsächlichen Testergebnissen liegen. Analysebericht. PI und SI sind eng miteinander verbunden. Und in vielen Fällen ist der Hauptgrund, der die ungerade Änderung des Signals beeinflusst, das Stromversorgungssystem. Zum Beispiel sind die Entkopplungskondensatoren nicht gut konstruiert, die Grundlagendesign ist unzumutbar, der Schleifeneinfluss ist sehr ernst, die Stromverteilung ist ungleichmäßig, das Ground Bounce Rauschen ist zu groß und so weiter.

Als PCB-Design Ingenieur, Ich möchte wirklich einen Analysebericht in der Nähe der tatsächlichen Ergebnisse sehen, so dass es leicht zu korrigieren und Fehler zu beheben ist, und den Effekt des realen Simulationsdesigns erreichen. Das Aufkommen von SPI-Tools ermöglicht die oben genannte Diskussion. Die englische Abkürzung für SPI ist Signal-Power Integrity, wie der Name schon sagt, Es ist ein Analysetool, das SI-Signalintegrität und PI-Leistungsintegrität integriert. Damit SI und PI nicht mehr isoliert durchgeführt werden.

APSIM-SPI ist das erste in der Branche und das einzige Produkt, das Signalintegrität und Netzintegrität kombiniert. Mit dem SPI-Werkzeug können PCB-Ingenieure die Wellenform von der simulierten Wellenform beobachten, die dem tatsächlichen Test mit dem Instrument sehr nahe ist. Mit anderen Worten, theoretischer Entwurf und tatsächlicher Test sind von da an vergleichbar.

Die herkömmliche SI-Funktion ist eine isolierte Analyse unter der Annahme, dass sich die Leistungsschicht etc. in einem idealen Zustand befindet. Obwohl es einen großen Hilfseffekt hat, gibt es keinen Gesamteffekt, und es ist schwierig für Benutzer, Fehler basierend auf den Ergebnissen der SI-Analyse einfach zu beseitigen. Als Annahme, wenn eine Leiterplatte, weil seine VCC- und GROUND-Leitungen sehr dünn sind, wird die Schaltung natürlich zu diesem Zeitpunkt nicht funktionieren. Es ist auch leicht festzustellen, dass die gelegentlichen Veränderungen im Signal bei Instrumenten wie einem Oszilloskop sehr ernst sind. Aber diese Art von Design ist leicht vorstellbar, wenn Sie allgemeine SI-Analysewerkzeuge verwenden, können Sie nicht die ungerade Änderung des Signals simulieren. Die Situation zu diesem Zeitpunkt ist, dass, obwohl die Wellenform des Simulationsergebnisses sehr vollständig ist und es keine singuläre Änderung gibt, es tatsächlich singulär geändert wurde, bis es nicht funktioniert. Daher fragte ein Ingenieur einmal: "Warum ändert sich die Signalwellenform in der SI-Simulation nicht, wenn wir die Strom- und Massedrähte in der Leiterplatte auslegen, egal wie eng?" Der Grund dafür ist, dass Ihr PI in der SI-Simulation nicht berücksichtigt wird. Mit anderen Worten, Ihr Netzkabel und Erdungskabel werden nicht berücksichtigt. Um dieses Problem zu lösen, ist die einzige Möglichkeit, SPI-Tools zu verwenden. SPI berücksichtigt die Masseschicht in der SI-Signalintegritätsanalyse vollständig, einschließlich der Massedrähte in der Signalschicht und der großflächigen Signalfüllung. Die instabilen Signale oder Interferenzen dieser geoelektrischen Schichten werden vollständig auf die SI-Simulationsergebnisse überlagert. Nur so kann der tatsächliche Arbeitseffekt simuliert werden, und natürlich liegt das Endergebnis nahe am tatsächlichen Testergebnis. Es ist bequem für Ingenieure visuell zu betrachten und zu korrigieren.

Um die organische Kombination von SI und PI zu realisieren, hat APSIM-SPI wesentliche Anpassungen in Bezug auf interne Modelle, Berechnungsmethoden, Benutzeroberflächen, Analysefunktionen und Simulationsmechanismen vorgenommen. Ziel ist es, die Perfektion der SPI-Funktion unter der Voraussetzung sicherzustellen, dass der Benutzer immer noch bequem zu bedienen ist. Beispielsweise ist die RLGC-Parameterextraktion in der RLGC-Modellierung und Verteilungsparameterextraktion viel komplizierter als die vorherige einfache SI-Parameterextraktion. Denn im SPI müssen die parasitären Parameter der Masseschicht und die Verbindungsbeziehung zwischen der Masseschicht und der Signalleitung vollständig berücksichtigt werden.

APSIM-SPI wird den Einfluss der Erdschicht bei der Analyse der ungeraden Veränderungen des Signals vollständig berücksichtigen. Denn SPI berücksichtigt bei der Modellierung umfassend das parasitäre Parametermodell der Masseschicht und das Parametermodell der Signalverdrahtung sowie das Gerätemodell IBIS oder SPICE. Unabhängig davon, ob Sie analoge Komponenten wie Entkopplungskondensatoren, Filterkondensatoren, Klemmenwiderstände oder das SSO-Schaltrauschen, Ground Bounce Rauschen usw. entwerfen, die von der Schaltung während des Betriebs erzeugt werden, werden sie alle in der endgültigen Simulationsergebniswellenform reflektiert.

Mit dem SPI-Tool von APSIM können PCB-Ingenieure beim Entwerfen der Leiterplatte die ungeraden Signaländerungen visuell beobachten und zeitnahe Anpassungen vornehmen. Wenn Sie feststellen, dass Ihr Erdungskabel nicht breit genug ist, wird das Signal verrauscht oder sogar verformt sein. Zu diesem Zeitpunkt können Sie die Breite des Erdungsdrahts einstellen, bis Sie zufrieden sind. Wie breit sollte der Erdungskabel in der Vergangenheit sein? Ingenieure können nur durch Erfahrung debuggen, und es gibt kein Werkzeug, das sie bei der Designführung unterstützt. Und wenn der Erdungsdraht nicht gut ausgelegt ist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Leiterplatte nicht funktioniert, sehr hoch. Aber heutzutage sind die Leiterplatten so kompliziert, nicht nur die Erdungsdrahtbreite, sondern auch die Füllung der Erdungsebene, mehrschichtiges Erdungsebene-Design, insbesondere die Segmentierungstechnologie der Erdungsebene usw. Unterschiedliche Frequenzen müssen unterschiedlich verwendet werden. Behandlungsmethode. Wenn nur begrenzte Erfahrung kann die Konstruktionsanforderungen nicht erfüllen. Jetzt können PCB-Ingenieure mit Hilfe von APSIM-SPI leicht wissen, ob sein Erdungs- und Erdungsdrahtsystem-Design vernünftig und effektiv ist.

Zum Beispiel: Viele Ingenieure wissen beim Entwurf einer mehrschichtigen Platine oft nicht, ob sie die Signalschicht oder die Erdschicht zuerst setzen sollen, wenn sie überlegen, wie sie jede Schicht anordnen sollen. Werden Signal- und Masseschicht abwechselnd platziert oder konzentriert? Nun können Ingenieure anhand der SPI-Simulationsergebnisse eindeutig die besten Ergebnisse erzielen.

Ein anderes Beispiel: Wenn es mehrere Stromversorgungen auf der Bodenebene gibt, wie 3.3V Erde, 2.5V Erde, 5V Erde, etc., wie teilt man sie? Früher konnten sich Ingenieure nur auf begrenzte Erfahrung verlassen, und sie konnten nur Rationalität aus der Grenzaufteilung berücksichtigen. Wenn das Design in diesem Bereich unzumutbar ist, können die Konsequenzen vorgestellt werden. Ich glaube, Ingenieure haben eine tiefe Erfahrung. Da sich die Bodenschicht jedoch oft in der mittleren Schicht der Leiterplatte befindet, ist es schwierig, sie für das Debuggen zu modifizieren, da sie physisch überhaupt nicht zugänglich ist. Tatsächlich müssen beim Entwurf einer Multi-Power-Schicht nicht nur die Grenzprobleme zwischen verschiedenen Regionen berücksichtigt werden, sondern auch Filterprobleme, Common-Ground-Probleme usw. Mit dem SPI-Tool können Ingenieure leicht das rationale Design der Multi-Power-Area Division durchführen. Ist dies unzumutbar, wird das Signal während der Simulation verzerrt, was vorher unmöglich war.

Wenn es um Ground Bounce Noise und SSO Schaltrauschen geht, kennt jeder die Schwere dieses Rauschens (in EDA wird dieses Rauschen im Rahmen der PI-Leistungsintegritätsanalyse zusammengefasst), insbesondere Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten, stoßen oft auf instabile Arbeitsbedingungen. Tatsächlich wird es wahrscheinlich durch Schaltrauschen oder Ground Bounce Noise verursacht. Ingenieure müssen auch einige einfache Lösungen kennen. Aber aus quantitativer Sicht ist es sehr kompliziert. Zum Beispiel: Ein einfacher und effektiver Weg, SSO-Schaltrauschen zu eliminieren, besteht darin, einen Filterkondensator zwischen Netzteil und Masse hinzuzufügen. Die gängige Methode besteht darin, einige Elektrolytkondensatoren verschiedener Qualitäten und Typen hinzuzufügen. Für Ingenieure muss es einfach sein, die maximale Spannung dieser Kondensatoren quantitativ zu bestimmen. (Solange es nach der Arbeitsspannung der Leiterplatte berechnet werden kann), basiert die quantitative Bestimmung der Kapazität dieser Kondensatoren (Kapazitätswert) oft nur auf Erfahrung oder bezieht sich auf das Design anderer Schaltungen. Weil es sehr schwierig sein wird, sich auf die Theorie zu verlassen, um zu berechnen. Gerade jetzt, da die Leiterplattenschaltung so kompliziert ist, ist es noch schwieriger, sich auf manuelle Berechnungen zu verlassen. Die Platzierung des Kondensators ist auch einer der Faktoren, die nicht leicht zu bestimmen ist. Die Platzierung dieser Elektrolytkondensatoren und der Filtereffekt, den sie spielen, werden jedoch eng miteinander verbunden sein. (Die übliche Methode besteht darin, sie am Stromeingang der Leiterplatte zu platzieren).

Mit dem APSIM-SPI Tool können Ingenieure nun die Auswirkungen dieser Filterkondensatoren einfach entwerfen und überprüfen. Und bestimmen Sie effektiv die Platzierung dieser Kondensatoren und ihren Kapazitätswert. Verwenden Sie entschlossen keine überschüssigen Kondensatoren, und es darf nicht weniger Kondensatoren geben!

APSIM-SPI hat auch viele Funktionen im Zusammenhang mit ungeraden Signaländerungen und Simulationsdesign. Wir glauben, dass die derzeitige Hochgeschwindigkeits- Leiterplattendesign must be carried out with advanced auxiliary means. SPI kombiniert jahrelange Konstruktionserfahrung und integriert fortschrittliche SI- und PI-Analysetechniken, um den spezifischen Arbeitsstatus der PCB Brett, Basierend auf den tatsächlichen Testergebnissen. SPI bietet eine brandneue Debugging-Plattform, Übergang in eine Simulationsumgebung, die auf langjähriger Erfahrung basiert. Erheblich verbessern Sie die einmalige Design-Erfolgsrate von High-Speed PCB. SPI ist allmählich das beliebteste und notwendige Design-Analyse-Tool für High-Speed geworden PCB-Design Ingenieure in the industry. SPI arbeitet eng mit anderen PCB-Design Werkzeuge in der Industrie. Wie Mentor Graphics, Kadenz, PADS, Protel,...