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1. Introduzione di base
2. Confronto dei processi di simulazione
2.1. Differenze nelle visualizzazioni
2.2. Differenze nell'elaborazione dei risultati della simulazione
2.3. Differenze nella pre-elaborazione
2.4. Differenze nei tipi di codici di guida
3. Confronto dei risultati
3.1. Operazione di lettura
3.2. Scrivere operazioni
4. Elaborazione del modello
4.1. Modello IBIS
4.2. Modello di parametri S-
5. Generazione di rapporti
6. Riepilogo
Esistono molti strumenti di simulazione del segnale ad alta-velocità e i principali con grandi gruppi di utenti sono Sigrity, Siwave, Hyperlynx, ADS, CST e così via. Ogni strumento ha alle spalle la propria tecnologia nera e, nel complesso, si sta sviluppando verso l'obiettivo di maggiore precisione, efficienza e praticità.
Questo articolo confronta le differenze tra Siwave e Sigrity sulla simulazione SI e, per gli utenti inesperti, è possibile sceglierne uno come quello con cui è facile iniziare. L'autore stesso è più abile con Siwave e Sigrity viene utilizzato solo come riferimento di confronto quotidiano.
1. l'introduzione di base
L'oggetto della simulazione di questo articolo è la scheda di sviluppo i.MX8QXP sul sito ufficiale di NXP. (La famiglia di processori i.MX 8 è altamente integrata ed è un prodotto molto rappresentativo di Infineon, ampiamente utilizzato nel controllo industriale, nelle città intelligenti, nell'elettronica per la casa intelligente e automobilistica, ecc. Può supportare grafica, video, elaborazione di immagini, funzioni audio e vocali e può soddisfare le esigenze in termini di autenticazione di sicurezza ed elevata efficienza energetica.)
Il layout PCB nel suo insieme è mostrato nella figura seguente, il sistema MCU-DRAM-VRM contrassegnato dal riquadro arancione è l'oggetto di simulazione principale in questo documento e il segnale di destinazione è il segnale LPDDR4.
Fig. 1 Vista generale del PCB della scheda di sviluppo
Come si può vedere dal diagramma schematico nella Figura 2 (riquadro rosso), il progetto del circuito integrato target contiene quattro gruppi di segnali di dati, sui quattro gruppi di segnali di dati per la simulazione, il metodo di simulazione della linea di indirizzo è lo stesso, quindi questo articolo non si ripeterà. (Secondo le specifiche del segnale DDR, il segnale dati per l'intero sistema DRAM alla velocità più elevata del segnale, seguito dal segnale dell'indirizzo, è il focus della simulazione e del test sulla rete, poiché l'intero processo di simulazione deve fare riferimento ai requisiti delle specifiche dello standard JEDEC, quindi è necessario avere una certa comprensione delle specifiche del segnale DDR, non so, il lettore può cercare la mia precedente introduzione al DDR4 pertinente utilizzando ANSYS per la simulazione DDR4.)
Figura 2 Sezione DDR dello schema della scheda di sviluppo
La configurazione dello stack di simulazione è mostrata nella Figura 3 per garantire che la configurazione del PCB sia coerente e che venga utilizzata la stessa configurazione dello stack sia per Siwave che per Sigrity.
Figura 3, configurazione dello stacking PCB
Poiché nella simulazione viene considerato l'effetto del segnale SSN, è necessario considerare contemporaneamente l'effetto del PDN e, per coerenza, i parametri del dispositivo vengono impostati in modo uniforme secondo la seguente tabella.
| parametro del modello | numero di bit | capacità |
| 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 |
Tabella 1, Elenco dei parametri dei condensatori della rete di alimentazione
Ancora una volta, a scopo di confronto, i parametri di pilotaggio e ricezione del dispositivo all'interno di Siwave e Sigrity sono impostati secondo la tabella seguente.
| Modalità | Papàarieteeter | Valore |
| Leggere | Regolazione DRAM | PD60-ODT40-VOH30 |
| SOC | ODT-60Ohm | |
| Scrite | Rotta del SOC | 80Ohm |
| DRAM | ODT-40Ohm |
Tabella 2, Tabella di impostazione dei parametri del driver del dispositivo
Infine, possiamo presentare brevemente due software per facilitare i principianti a fare le proprie scelte.
(1) Siwave è un software rilasciato da ANSYS, incluso in ANSYSElectronics Desktop (solitamente noto anche come "Electronics Desktop"), Electronics Desktop è principalmente per la simulazione elettrodinamica, può soddisfare le esigenze di tutti i tipi di simulazione dalla banda DC alla banda terahertz. I tre moduli Siwave, Circuit e HFSS 3D layout vengono utilizzati principalmente per gestire i PCB e le corrispondenti esigenze di cosimulazione di circuiti-PCB. Tra le funzionalità del software, la simulazione dell'integrità del segnale è solo una delle tante funzionalità del desktop elettronico ANSYS, oltre alla simulazione dell'elettronica di potenza, alla simulazione RF e dell'antenna, alla simulazione dei componenti magnetici e alla simulazione dei giunti di campo multi-fisico. ANSYS è una buona scelta se gli utenti hanno esigenze di simulazione più complesse e variabili. Sfortunatamente, ANSYS non dispone di uno strumento di layout, il che porta la sua simulazione PCB a dover far fronte alla necessità di utilizzare Cadence e altre società EDA per eseguire parte del lavoro di pre-elaborazione PCB del software, che nell'ottimizzazione del PCB è molto meno conveniente rispetto al software di simulazione fornito con lo strumento Layout.
(2) Sigrity è un prodotto di Cadence. Oltre agli strumenti di progettazione ad alto chip, utilizziamo solitamente i pacchetti software Cadence, principalmente Orcad e Allegro, nonché Pspice e Sigrity. Funzioni Orcad e Allegro che tutti conosciamo, principalmente schemi e layout, strumenti di simulazione di circuiti Pspice, Sigrity per strumenti di simulazione PCB. Sigrity è uno strumento di simulazione PCB che contiene System SI, Power SI, Power DC e altri moduli per soddisfare le esigenze di simulazione PCB di analisi di segnali e potenza e le esigenze di progettazione e simulazione. SIgrity e SIwave sono molto simili negli algoritmi, entrambi utilizzano un algoritmo ibrido che include FEM, metodo dei momenti e metodo della linea di trasmissione. Come puoi vedere qui, Cadence, la società dietro Sigrity, non è in grado di gestire complesse esigenze di simulazione EMF, ma è un'autorità nel layout e nel CAD. E dal costo di apprendimento, Sigrity è più facile da iniziare con più informazioni relative.
2. Confronto del flusso di simulazione
Nella simulazione di DDR, Siwave e Sigrity hanno un processo generale simile: Siwave estrae da solo i parametri S- del PCB e quindi costruisce i circuiti del sistema in Circuit per la simulazione; Sigrity estrae i parametri S-del PCB tramite Power SI, quindi costruisce i circuiti del sistema in System SI per la simulazione; Sigrity estrae i parametri S-del PCB tramite Power SI, quindi costruisce i circuiti del sistema in System SI per la simulazione; e Sigrity costruisce i circuiti del sistema in SI. SIgrity, d'altro canto, estrae i parametri S-dai PCB tramite Power SI e quindi costruisce circuiti di sistema nel sistema SI per la simulazione.
2.1 Visualizzazione delle differenze
Dopo che Siwave è stato integrato in Circuit, la topologia complessiva del circuito è chiaramente definita e le informazioni chiave si riflettono quasi interamente nella finestra principale.
Fig. 4, topologia di simulazione DDR integrata in Circuit
La finestra principale dell'interfaccia di sistema di Sigrity è più concisa rispetto alla necessità dell'utente di modificare i circuiti, cosa che deve essere fatta facendo doppio clic sull'icona appropriata, con più informazioni nascoste nell'interfaccia secondaria.
Figura 5: topologia di simulazione DDR integrata in Sigrity
2.2 Differenze nell'elaborazione dei risultati della simulazione
Quando si utilizza Siwave, l'utente deve richiamare i risultati della simulazione e nell'esportazione del diagramma a occhio deve essere impostato manualmente il tempo dell'interfaccia utente e nei parametri di azionamento, frequenza del segnale, ecc. ri-modifica, i risultati originali verranno cancellati, se si desidera conservarli è necessario copiarli manualmente, in breve, il processo complessivo del funzionamento della parte manuale è un po' di più.
Fig. 6, interfaccia dei risultati della simulazione del circuito
Al contrario, quando si utilizza Sigrity, i risultati della simulazione vengono generati automaticamente, anche la presentazione dei risultati comuni come i diagrammi a occhio è più automatizzata e il software può anche salvare automaticamente i risultati di ciascuna simulazione quando l'utente apporta modifiche ripetitive ai parametri dell'azionamento, alla velocità del segnale e così via. Cioè, l'intero processo è più automatico.
Figura 7: interfaccia dei risultati della simulazione del sistema SI
2.3 Differenze nella pre-elaborazione
Siwave è più completo nella preelaborazione dei modelli grazie al suo grado di integrazione più elevato, che sfrutta appieno la potenza di ANSYS eDesktop, incluso il controllo della conformità dei parametri S-, il controllo del modello IBIS, la riparazione, la ri-modifica, ecc. Personalmente, penso che sia più professionale. Pertanto, personalmente penso che sia più professionale.
Fig. 8, elaborazione di Siwave dei modelli di parametri S-
Figura 9, elaborazione di Siwave del modello IBIS
Figura 10, lo strumento di modellazione IBIS di Cadence
2.4 Differenze nei tipi di codici conducente
Esistono alcune differenze tra Siwave e Sigrity in termini di tipi di codici driver. Tra questi, Siwave utilizza per impostazione predefinita il tipo di codice PRBS e ciascun tipo di codice di rete può essere impostato per essere generato casualmente dal sistema.
Figura 11: Interfaccia di impostazione del tipo di codice in Siwave
Sigrity è simile nella configurazione del pattern driver, ma con la funzione aggiuntiva di rilevamento del canale, che può generare un pattern driver "peggiore" in base alle caratteristiche di risposta del canale. Questo punto tiene conto principalmente dell'effetto SSN del PDN, secondo l'articolo di Larry Smith (capo esperto di Qualcomm PI), il sistema in un particolare tipo di codice può essere attivato per causare l'arresto anomalo del sistema e questo fenomeno è definito come un'onda anomala. da questo punto di vista, il CASO PEGGIORE è un modo più conveniente per testare la robustezza del sistema DDR.
Figura 12, Strumento di generazione del codice Sigrity
3. Confronto dei risultati
La velocità del segnale è impostata su 4.266 Gbps e i risultati sono ottenuti rispettivamente mediante simulazione.
3.1 Operazione di lettura
Si può vedere che i risultati dei due strumenti nell'operazione di lettura sono sostanzialmente gli stessi, ci sono alcune differenze nei dettagli della forma d'onda, come ad esempio l'altezza dell'occhio della forma d'onda Sigrity è leggermente inferiore rispetto ai risultati Siwave. Personalmente, immagino che il motivo principale sia che ci sono alcune differenze tra i due strumenti nell’elaborazione dei dati del modello IBIS. (Perché non la differenza nei risultati del parametro S-? Il motivo è il seguente.)
Figura 13, Confronto dei risultati Byte0
Figura 14, Confronto dei risultati di Byte1
Figura 15, Confronto dei risultati Byte2
Figura 16, Confronto dei risultati Byte3
3.2 Operazione di scrittura
Nei risultati dell'operazione di scrittura, c'è un'enorme differenza tra i due, con Siwave che ottiene risultati significativamente migliori rispetto a Sigrity, che ha una coerenza di ampiezza di alto livello molto scarsa, risultando in una "palpebra" significativamente più spessa rispetto ai risultati di Siwave.
Figura 17, Confronto dei risultati Byte0
Figura 18, Confronto dei risultati Byte1
Figura 19, Confronto dei risultati Byte2
Figura 20, Confronto dei risultati Byte3
4. Elaborazione del modello
4.1 Modello IBIS
Secondo un post sul blog di Wei-hsing Huang (consulente principale di SPISim USA, successivamente acquisita da ANSYS), esiste un limite di frequenza superiore per l'utilizzo del modello IBIS, oltre il quale il buffer non avrà abbastanza tempo per completare le transizioni tra rialzo, ribasso o entrambi. Questa situazione può portare a discontinuità, problemi o addirittura alla non-convergenza nel processo di simulazione. Definiamo questo fenomeno come Overclocking.
L'overclocking esiste nel modello MCU fornito dal sito Web di NXP. Aprendo la forma d'onda del driver DDR, possiamo vedere che la lunghezza del fronte di salita ha raggiunto i 10 ns, superando di gran lunga la larghezza minima del codice di 4,266 Gbps.
Siwave ha integrato la funzione di preelaborazione del modello IBIS all'interno per massimizzare il taglio della porzione di larghezza della forma d'onda per soddisfare requisiti di frequenza più elevati. Come si può vedere nella figura seguente, la larghezza del fronte di salita della forma d'onda ottimizzata è ridotta a meno di 800 ps.
Anche la funzionalità di controllo del modello IBIS è inclusa in Sigrity e ne verificherà la conformità. Tuttavia si limita al solo controllo e non trova parti ulteriormente ottimizzate per la lavorazione. È per questo motivo che c'è una grande differenza nei risultati tra i due in modalità scrittura.
Figura 23, funzione di controllo del modello IBIS in Sigrity
4.2 Modello di parametri S-
Nell'uso di Sigrity, scoperto che il suo Power Si nella generazione del modello dei parametri S- c'è una non-convergenza della situazione, i risultati delle due simulazioni insieme per il confronto, puoi vedere che una volta c'è un'evidente situazione di non-passività. L'autore non è sicuro del motivo per cui si verifica questa situazione e spero che gli insegnanti che ne sono a conoscenza possano rispondere a questa domanda.
Fig. 24, Confronto dei parametri S- ottenuti da due simulazioni di PowerSI
5. Generazione di report
Per i risultati complessi della simulazione DDR, è un compito noioso verificare la conformità dei documenti standard JEDEC uno per uno. Siwave e Sigrity, essendo software commerciali maturi, dispongono entrambi di funzioni complete di generazione di report. La-funzione di generazione di report integrata semplifica notevolmente questa parte del lavoro controllando automaticamente i risultati della simulazione e generando un report di conformità.
Al contrario, la funzione di generazione del report di Siwave è più complicata, gli utenti devono andare alla ridefinizione del segnale risultato, per ottenere il report di simulazione corrispondente, allo stesso tempo, il report di simulazione di Siwave manca di informazioni chiave come informazioni sull'impilamento, informazioni sul condensatore di disaccoppiamento, impostazioni del driver del modello e il formato della pagina web del documento del risultato non può essere riaperto-per visualizzare la forma d'onda.
Figura 25, Rapporto di conformità Siwave (screenshot parziale)
Figura 26, Rapporto di conformità Siwave (screenshot parziale)
La generazione di report di Sigrity è relativamente semplice e conveniente. Gli utenti non hanno bisogno di ridefinire la relazione tra i segnali, ma bastano pochi semplici passaggi per ottenere un file di risultati completo con le forme d'onda del segnale. È molto facile da usare-rispetto a Siwave.
Figura 27, Rapporto sulla conformità Sigrity (screenshot parziale)
Figura 28, Rapporto sulla conformità Sigrity (screenshot parziale)
6. Riepilogo
Da un semplice confronto-a-laterale, possiamo vedere che i principali strumenti di simulazione SI commerciali possono soddisfare la maggior parte delle esigenze di simulazione. Tuttavia, in questa fase, nessuno può essere perfetto. Per sfruttare appieno il valore dell'SI nel processo di sviluppo del prodotto, gli utenti devono superare le carenze del software.