AD(altiumdesigner)15原理图与PCB设计教程(十)——信号完整性分析.docx
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1、AD (altiumdesigner) 15原理图与PCB设计教程() 信 号完整性分析录信号完整性简介如今的PCB设计趋复杂,频时钟和快速开关逻辑意味着PCB设计已不仅是放置元器件和布线。络阻抗、传输延迟、信号质量、反射、 串扰和EMC(电磁兼容)是每个设计者必须考虑的因素,因进制版前的信号完整性分析更加重要。AD包含个级的信号完整性仿真器,然后分析PCB设计和检查设计参数,测试过冲、下冲、阻抗和信号斜率。不过PCB上任何个设计 要求(设计规则指定)有问题,即可对PCB进反射或串扰分析,以确定问题的所在。AD的信号完整性分析与PCB设计过程中缝连接,该模块提供了极其精确的板级分析,能检查整板
2、的串扰、过冲/下冲、上升/下降时间和 阻抗等问题。在PCB制造前,最的代价来解决速电路设计带来的EMC/ EMI(电磁兼容/电磁抗扰)等问题。1. AD的信号完整性分析模块具有如下特性。设置简便,可以和在PCB编辑器中定义设计规则样,定义设计参数(阻抗等)通过运DRC(设计规则检查),快速定位不符合设计要求的络。需特殊经验要求,可在PCB中直接进信号完整性分析。提供快速的反射和串扰分析。利I/O缓冲器宏模型,需额外的spice或模拟仿真知识。完整性分析,结果采波器显显。成熟的传输线特性计算和并发仿真算法。电阻和电容参数值对不同的终策略进假设分析,并可对逻辑系列快速替换。2. AD的信号完整性分
3、析模块中的I/O缓冲器模型具有如下特性宏模型逼近,使仿真更快更精确。提供IC模型库,包括校验模型。模型同INCASES EMC-WORKBENCH兼容。 动模型连接。 持I/O缓冲器模型的IBIS2业标准集。利完整性宏模型编辑器可便、快速的定义模型。 引数据册或测量值。信号完整性模型信号完整性分析是建在元器件的模型基础之上的,这种模型称为signal integrity模型,简称SI模型。很多元器件的SI模型与相应的原理图符号、封装模型、仿真模型等起,被系统存放在集成库件中,包括IC(集成电路)、 Resister(电阻类元器件)、 Capacitor(电容类元器件), Connector(连
4、接器类元器件)、 Diode(极管类元器件)、以及 BJT(双极性晶体管类元器件)等。需要进信号完整性分析时,户应为设计中所到的每个元器件设置正确的SI模型。为了简化设定SI模型的操作,并且在进反射、串扰、振荡和不匹配阻抗等信号完整性分析时能够保证适当的精度和仿真速度,很多商为 IC类的元器件提供了现成的引脚模型供设计者选择使,这就是 IBIS( Input/ Output Buffer Information Specification)模型件, 扩展名为“ibs”。IBIS模型是反映芯驱动和接收电特性的种国际标准。它采简单直观的件格式,提供了直流的电压和电流曲线以及系列的上升和 下降时间、
5、驱动输出电压、封装的寄参数等信息,但并不泄露电路内部结构的知识产权细节,因获得了很多芯产家的持。此 外,由于该模型较简单,仿真分析时的计算量较少,但仿真精度却与其他模型(如spice模型)相当,这种优势在PCB的密度越来越、 需要仿真分析的设计细节越来越多的趋势下显得尤为重要。AD系统的信号完整性分析中就采了IC器件的IBIS模型,通过对信号线路的阻抗计算,得到信号响应及失真等仿真数据来检查设计信号的 可靠性.在系统提供的集成库中已包含了量的IBIS,户可对相应的元器件进添加,必要时还可到元器件产商站免费下载相关联的IBIS模 型件。对于实在找不到的 IBIS模型件,设计者还可以采其他的法,如
6、依据芯引脚的功能选相似的IBIS模型,或通过实验测量建 简单的IBIS模型等。IBIS模型件的下载及添加1. 登录Altera公司的站http:/www.A ,在其下载中处下载相应的ibis模型件“ Max2.zip”。2. 双击所放置的元器件“EPM240F100C4N”,打开“元器件属性”对话框。在“model”栏中,可以看到没有信号完整性模型。单 击“Add”按钮,在弹出的“添加新模型”对话框中,选择“signal integrity”。3. 单击“确定”按钮后,打开“signal integrity model”对话框,该对话框显了元器件的IBIS模型件有关信息:“Unknown”。4
7、. 单击窗中的“import IBIS”按钮,这系统弹出“open IBIS file”对话框,供设计者查找所需的IBIS模型件“Max2.ibs”。5. 单击“打开”按钮后,该IBIS模型件已被添加成功,系统弹出相应的更新提框.6. 单击“OK”按钮,关闭“IBIS Converter”对话框,返回原理图编辑环境。可以看到在“元器件属性”对话框的“model”栏中, 信号完整性模型已被添加。执“设计”-“Update PCB document”命令,可将该更新同步到PCB件中。信号完整性分析的环境设定在复杂、速的电路系统中,所到的元器件数量以及种类都较繁多,由于各种原因的限制,在信号完整性分
8、析之前,户未必能逐进 相应的SI模型设定。因此,执了信号完整性分析的命令之后,系统会先进动检测,给出相应的状态信息,以帮助户完成必要的 SI模型设定与匹配。1. 打开个点进信号完整性分析的程。2. 在原理图编辑环境中执“具”-“ Signal integrity”命令,或者在PCB编辑环境中,“具”-“ Signal integrity”命令,开 始运信号完整性分析器,若设计件中存在没有设定SI模型的元器件,则系统会弹出错误信息提框。3. 单机该提框中的“Model Assignments”按钮,会打开SI模型配置的显对话框,显每元器件的SI模型及其所对应的配置状 态,供户查看或修改。4. 双
9、击某元器件标识,会打开相应的“ Signal Integrity model”对话框。户可进元器件SI模型的重新设定,包括模型名称、描 述、类型、技术、数值,并可编辑云模型、设置元器件排列或导IBIS模型件等。5. 在“ Signal integraty model assignments for Mixer_Routed”对话框中,单击“Type”栏或“Value/Type”栏,可直接进 单项的编辑。如选择某器件,单击其被红亮标记的“Value/Type”栏,会打开“ Part Array editor”(元器件排列编辑器)对话 框。6. 将黄亮标记的元器件进修改设置。7. 单击“ Upda
10、te models in Schematic”按钮,即可将修改后的模型信息更新到原理图中,这是对应的“ Status”栏中会显“ Model Saved”(模型已保存)的状态信息。信号完整性的设计规则与动布局和动布线的过程类似,在PCB上进信号完整性分析之前,也需要先对有关的规则加以合理设置,便准确检测出PCB上潜在的 信号完整性问题。信号完整性分析的规则设置是通过“ PCB规则及约束编辑器”对话框来进的。执“设计”-“规则”命令,打开“PCB规则及约束编 辑器”对话框。在左边录区中,单击“ Signal Integrity”前的+符号展开,可以看到信号完整性分析的规则共有13项。设置时,在
11、相应项上右击,添加新规则,之后可在新规则界中进具体设置。1. Signal Stimulus(激励信号)该规则主要于设置信号完整性分析中的激励信号特性“约束”选项组中,需要设置的有如下项。“ Stimulus类型”:激励信号类型设置。有三种选择:“ Constant Level”(常数电平即直流信号)、“ Signal Pulse”(单脉冲信 号)和“Periodic Pulse”(周期性脉冲信号),系统默认设置为“ Signal Pulse”。 “开始级别”:激励信号初始电平设置。有两种选择:“ Low level”(低电平)和“ High level”(电平)。 “开始时间”:激励信号开始
12、时间设置。 “停时间”:激励信号停时间设置。 “时间周期”:激励信号周期设置。2. Overshoot-Falling Edge(信号过冲下降沿)该规则主要于设置信号下降沿所允许的最过冲值,即低于信号基值的最阻尼振荡。在“约束”选项组中,只需要设置最过充值的具体数值,即“最(Volts)”,系统默认单位是V。3. Overshoot-Rising Edge(信号过程上升沿)该规则与上的Overshoot-Falling Edge规则相对应,主要于设置信号上升沿所允许的最过冲值,既于信号基值的最阻尼振 荡。在“约束”选项组中,只需要设置最过充值的具体数值。4. Undershoot-Fallin
13、g Edge(信号下冲下降沿)该规则主要于设置信号下降沿所允许的最下冲值,即下降沿上于信号基值的最阻尼振荡,具体数值在“约束”选项组中进设置。5. Undershoot-Rising Edge(信号下冲上升沿)该规则主要于设置信号上升沿所允许的最下冲值,即上升沿上于信号基值的最阻尼振荡,具体数值在“约束”选项组中进设置。6. Impedance(阻抗)该规则于设置电路允许抗的最值和最值。7. Signal Top Value(信号电平)该规则于设置信号,在电平状态下所允许的最稳定电压值。8. Signal Base Value(信号基准)该规则于设置信号基值电压的最值。9. Flight Ti
14、me-Rising Edge(飞时间上升沿)该规则于设置信号上升源的最延迟时间,般指上升到信号设定值的50%时所需要的时间,具体数值可在“约束”选项组中进设置, 默认单位为S。10. Flight Time-Falling Edge(飞时间下降沿)该规则于设置信号下降沿边沿的最延迟时间,般指实际的输电压到阈值电压之间的时间,具体数值在“约束”选项组中进设置。11. Slope-Rising Edge(上升沿斜率)该规则于设置信号的上升沿从阈值电压上升到电平电压所允许的最延迟时间。12. Slope-Falling Edge(下降沿斜率)该规则于设置信号的下降沿从阈值电压下降到低电平电压所允许的
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