고속 전자의 시뮬레이션의 긴 역할

다중 기가비트 데이터 속도에서 작동하는 회로 설계는 전자기 행동의 엄격한 이해를 요구합니다. 반사, 크로스톡 및 지상 반송과 같은 신호 무결성 (SI) 문제점은 쉽게 성능 또는 완전 시스템 실패를 degrade 할 수 있습니다. 물리적 프로토 타이핑은 더 이상 충분하지 않습니다 - 가열 보드 스핀은 비싸고 느립니다. 시뮬레이션 도구는 온도, 프로세스 및 레이아웃 변형을 예측하는 제어 환경을 제공합니다.

신호 불완전성 도전

높은 주파수에서 전송 라인은 간단한 와이어가 될 때까지 중단. 모든 임피던스 discontinuity-whether from vias, connectors, 또는 trace bends-creates reflections that distort 펄스 모양. 타이밍 마진 수축, 심지어 몇 피조의 skew는 비트 오류를 일으킬 수 있습니다. 시뮬레이션은 S-parameters, TDR 분석 및 눈 다이어그램 측정을 사용하여 이러한 효과를 모델링 할 수 있습니다. 튜터 및 네트워크 설계를 조정 할 수 있습니다.

전자기 간섭 및 Crosstalk

고속 신호는 에너지, 잠재적으로 가까운 회로와 방해하거나 규제 배출 한계를 실패. Crosstalk 상호 용량 또는 유도를 통해 피해자 줄에 두 에너지가 발생할 때 발생합니다. 전체 웨이브 3D 시뮬레이션은 필드 배포를 지도하고 2D 도구에서 보이지 않는 커플링 경로를 식별 할 수 있습니다. 이 디자이너는 라우팅을 조정하거나 보호하거나 더 낮은 손실 탕수 재료를 선택 할 수 있습니다.

Key Simulation 도구 및 기능

엔지니어는 다양한 시뮬레이션 환경에 접근할 수 있으며, 각 고속 신호 분석의 다른 측면에 최적화되어 있습니다. 올바른 도구 선택은 주파수 범위, 구조의 복잡성 및 필요한 분석 유형에 따라 다릅니다.

Transient 및 Analog Analysis에 대한 SPICE

SPICE (Infrastructure Integration Program with Integrated Circuit Emphasis)는 고속 설계를 위한 회로 수준 시뮬레이션의 백본을 유지한다. 현대식은 HSPICE, LTspice, PSpice 지원 동작 모델을 드라이버 및 수신기, 전송선 모델 (W-element), 링크 분석을위한 통계 시뮬레이션과 같은 현대식 변형을 유지한다. SPICE는 시간 지배적 인 시뮬레이션에 능숙하며, 지터, 상승 시간 분해 및 마진 설정에 이상적입니다.

SPICE 기능의 큐레이터 개요를 위해 Synopsys SPICE 개요]를 참조하십시오.

전단 전자기 Solvers: HFSS와 CST

신호 파장은 크기, 회로 수준 모델이 아래로 끊기게 될 수 있습니다. Ansys HFSS 및 Dassault의 CST Studio Suite와 같은 풀 웨이브 해결자는 Maxwell의 방정식을 갖춰 finite element method (FEM) 또는 finite integration technology (FIT)를 사용하여 3D 공간에서 직접 해결합니다. 이 도구는 S-parameters, 방사선 패턴 및 커넥터, PCB 구조 및 PCB 구조에 대한 현재 배포를 제공합니다.

예를 들어, HFSS는 고속 커넥터 인터페이스 및 IC 패키지를 설계하는 데 널리 사용됩니다. 리더는 공식 Ansys HFSS 제품 페이지을 더 자세히 살펴볼 수 있습니다.

ADS를 가진 체계 수준 가장

Keysight의 고급 디자인 시스템 (ADS)는 회로와 시스템 시뮬레이션 사이의 간격을 브릿지합니다. 그것은 긴 위치 링크, ElectroMagnetic (EM) 공동 자극 및 표준 기반 모델 (PCIe, DDR, USB-C)의 종합 라이브러리에 대한 채널 시뮬레이터를 포함합니다. ADS는 세드데 디자인 및 신호 무결성 서명 오프에 대한 선호 신호를 위해 회로 봉투 및 DF (데이터 흐름) 시뮬레이션을 지원합니다.

ADS 어플리케이션에 대한 추가 읽기는 Keysight의 ADS 페이지에서 사용할 수 있습니다.

시뮬레이션 도구 모델 신호 Behavior

시뮬레이션 엔진은 물리적 현실의 수학적인 요약에 의존합니다. 언더링 기법을 이해하면 엔지니어가 올바르게 적용할 수 있습니다.

Time-Domain vs. 주파수 대역 분석

Time-domain simulators (e.g., SPICE)는 시간과 현재를 계산합니다. 그들은 트랜지스터와 같은 비선형 장치를 처리하고 눈 다이어그램 시뮬레이션 및 지터 분석에 필수적입니다. 주파수 대변형 해결사 (예 : HFSS)는 분리형 주파수에서 시스템 응답을 계산하고 합리적 피팅 또는 역방향 FFT를 통해 광대역을 합성합니다. 많은 현대 도구는 하이브리드 시뮬레이션을 제공합니다. 주파수 대역 통신 장치 및 네트워크에 대한 수동 통신을 해결하고 활성 결과를 해결합니다.

물자 재산 및 모형 정확도

Real-world 재료는 주파수 의존 행동을 전시 : 유전적 일정 (Dk) 및 손실 tangent (Df) 주파수, 온도 및 습기로 변화합니다. 시뮬레이션은 재료 모델이 뚫린만큼 정확합니다. 고급 도구는 광대역 Debye 극 - zero 모델이 변을 캡처하기 위해. 표면 거칠기, 구리 질감, 유리 직물 효과는 또한 밀리미터 웨이브 주파수에서 상당한 발생. Ignor는 그 결과로 20 %를 삽입 할 수 있습니다.

고속 시뮬레이션을 위한 실용적인 워크플로

디자인 흐름에 시뮬레이션을 통합하는 것은 조심 계획과 검증을 요구합니다. 다음 단계는 업계에서 사용되는 전형적인 방법론을 나타냅니다.

심전 환경 설정

  1. 전기 netlist: 드라이버 출력 임피던스, 수신기 입력 커패시턴스, 모든 인터커넥트를 포함.
  2. Extract parasitics: 전자기장의 패러셔를 사용하여 추적, 를 통해, 커넥터를 위한 S-parameters 또는 W-element 모델을 생성합니다.
  3. Calibrate material properties: 측정된 Dk 및 Df 값 입력 또는 PCB 공급 업체의 데이터베이스에서 표준 값을 사용합니다.
  4. Set 시뮬레이션 목표: 비트율, 지터 공차, 눈 마스크, 눈 높이/폭 대상 지정.
  5. Run 시뮬레이션: 이젠 긴 비트 시퀀스(예: 10]6]] 비트)를 수행하여 최악의 케이스 간섭을 캡처합니다.

결과 및 최적화

Post-processing tool display eye diagrams, 욕조 곡선, 통계 비트 오류율 (BER) 윤곽. 닫힌 눈 패턴은 링크가 실패 할 가능성이 있음을 나타냅니다. 엔지니어는 반대로 패드 크기 또는 종료 저항기 값을 통해 추적 폭과 같은 tweak 변수를 나타냅니다. 각 시뮬레이션은 실행 할 시간이 있으므로 현대 도구는 parallel processing 및 [] [[[FLT:]]]] [[FLT:]]]] [[FLT:]]]] [[[FLT:]]]]]] [[[[FLT:]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[

Early Simulation의 이점

레이아웃의 앞에 시뮬레이션을 배포하는 3 주요 장점 :

  • Cost reduce: 사전 지연 시뮬레이션에 대한 신호 무결성 문제를 찾는 것은 몇 가지 여분의 시간을 계산합니다. 보드 제작 후 발견 된 동일한 문제는 수천 달러의 수천 달러의 새로운 프로토 타입이 비용으로 제공 될 수 있습니다.
  • Design trust: 엔지니어들은 최악의 케이스 프로세스와 온도 코너에서 제안된 토폴라지와 구성품을 검증할 수 있으며, 현장 실패의 위험을 줄임.
  • Faster time-to-market: 불필요한 프로토타이핑 침략을 제거함으로써, 팀은 직접 첫 번째 통과 작업 보드 또는 가까운 디자인로 이동할 수 있습니다.

신호 무결성 시뮬레이션에 투자의 상세한 토론을 위해, 이 참조 ]EDN 시뮬레이션 혜택에 대한 기사.

제한 및 고려

시뮬레이션 도구는 완벽한 크리스탈 볼입니다. 엔지니어는 일반적인 pitfalls의 인식을 유지해야합니다.

  • 모델 fidelity vs. runtime: 전체 마더보드의 전체 3D EM 시뮬레이션은 적절하게 금지될 수 있습니다. 히어로시 시뮬레이션은 3D에서 모델링되고 2D에서 나머지는 필수 타협입니다.
  • Missing physics: 일부 도구는 근접 효과 (예를들면, 내부 유도체는 높은 주파수에서) 또는 명시적으로 모델링하지 않는 한 이상적인 전력 전달 네트워크를 가정.
  • User Skill: 경계 조건, 메쉬 밀도 설정, 해결자 정확도는 경험이 필요합니다. 빈번하게 구성된 시뮬레이션은 가용성을 보이지만 심한 불순물이 발생한다는 결과를 일으킬 수 있습니다.

유효성 검사는 필수 사항입니다. 시간별 반사계 (TDR) 또는 벡터 네트워크 분석기 (VNA)에서 측정 데이터를 사용하여 시뮬레이션 결과를 모델링하여 모델에 신뢰를 구축합니다.

고속 시뮬레이션의 미래

데이터 속도가 224Gbps (Parcoe 7.0의 대상)를 넘어 밀어 넣기 때문에, 시뮬레이션 도구 개발자는 매개 변수를 가속화하고 Geometry 혼자서 상호 연결 동작을 예측하는 기계 학습 알고리즘을 통합합니다. 클라우드 기반 시뮬레이션 플랫폼은 수요에 고성능 컴퓨팅 리소스에 액세스 할 수 있습니다. 또한, 멀티 물리적 커플링은 전자기, 열 및 기계적 효과의 상호 작용을 자극하는 것은 표준이 높 속도 전류가 재료 특성에 영향을 줄 수 있기 때문에 표준이됩니다.

또 다른 신흥 추세는 디지털 트윈]의 사용으로 전체 시스템의 경우. 디지털 트윈은 제품의 수명주기를 통해 지속적으로 성능 검증을 위해 실시간 센서 데이터를 가진 시뮬레이션 모델을 통합합니다. 이 개념은 여전히 성숙하지만 디자인, 제조 및 현장 작업 사이의 루프를 닫는 것을 약속합니다.

관련 기사

가장 빠른 신호 동작을 예측하는 것은 더 이상 선택이 아닙니다. 현대 전자 디자인의 핵심 분야입니다. SPICE 트랜스미터 분석에서 풀 웨이브 3D EM 솔더까지 각 도구는 신호 무결성, EMI 및 타이밍 성능에 고유한 통찰력을 제공합니다. 측정에 대한 초기 및 검증을 할 때, 시뮬레이션은 개발 비용과 위험을 감소시킵니다. 통신 표준은 속도 봉투를 밀어 계속하여 시뮬레이션 도구는 더 빠르게 스마트하게되고 통합 된 생태계로 더 빠르게 활성화됩니다.