如何正确使用多种仿真工具来解决速度达到Gbps的PCB设计问题
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目前，在EDA工具领域，除了针对特殊产品的专用信号完整性设计工具之外，采用集成手段以满足高速PCB设计行业对EDA工具的迫切需求已经成为提升设计行业技术水平的一个重要发展趋势，这表现在以下几个方面： 高速设计的疆界已经由过去的通信产品扩展到移动电话、数码影像之类的消费电子产品。EDA工具供应商逐步认识到，他们所提供的工具解决方案必须速度更快，必须能够解决更复杂的设计问题，必须高度集成以解决PCB设计行业面临的全方位挑战，从而缩短复杂高速电路板设计的周期。 随着高速器件、连接器、集成电路应用的日益增多，对集成多种建模语言的PCB信号完整性设计工具存在很大需求。Mentor Graphics公司的ICX 3.0就是一种可选的方案，它在单一仿真环境下支持SPICE、IBIS和VHDL-AMS的PCB信号完整性工具，从而避免因模型种类不同、采用多种不同来源的EDA工具集带来的开发周期被拖延的问题。 随着越来越多的高速PCB采用复杂封装的IC，由于PCB和IC中包含有多重、任意形状的电源/接地层、任意数量的过孔和信号线段，噪音、电源/接地层的反弹、共振、反射，以及导线线段与电源/接地层间的耦合问题将更加严重，PCB设计不可避免地要考虑IC的封装因素，如何生成PCB和IC的频域和时域模型，以便进行系统级仿真也是业界面临的一个重要课题。在EDA工具内部集成的全波分析引擎，通过对板级电磁场的特征分析来完成板级模型的量化和处理。 高速数据经过长PCB导线传输时很容易受到介质损耗的影响而发生畸变，靠传统的设计规则很难解决GHz频段面临的许多SI/EMI设计问题。本文介绍了通过SpecctraQuest工具给出电路板的分层设计规则和损耗预测的方法，以及用Hspice工具验证器件模型，并对去耦电容的选择和布局进行电源和地平面分析，用Maxwell 2D和3D场求解工具获得特殊布线/元件结构的精确几何参数。 随着通信系统中高速板设计复杂性的日益提高，依赖某一种特定的CAD工具已经无法在可接受的精度范围内完成整个设计仿真。PCB设计工程师和信号完整性(SI)设计工程师需要采用各种仿真工具。除了价格、性能、速度和精度始终是选择工具集的主要准则之外，如何使用来自多家EDA工具软件供应商的CAD工具来实现设计目标、SI和电磁干扰(EMI)设计规则，也是中国设计工程师关注的重要问题。一般而言，优良的设计和SI/EMI分析工具的组合应该包括：版图设计工具、板级仿真器、精确的场求解工具以及详细的仿真引擎。 本文所讨论的工具包括：Allegro和SpecctraQuest、Hspice、Spicelink和HFSS：Allegro是目前通用的版图设计工具;由于具备与Allegro相同的数据库，SpecctraQuest被用做板级仿真的主要工具，避免了数据转换的问题;Hspice是实现更精确分析的工具;Spicelink和HFSS提供2D和3D场解决方案，对各种互连几何形状进行分析(通孔、连接器等)，特别是需要高频分析的时候。 为了有效地利用现有的CAD工具，要在恰当的设计阶段选用相应的工具。本文以卡和主板之间传输率为2.5Gbps到12.5Gbps的高速通信系统为案例，介绍如何正确使用多种仿真工具来解决速度达到Gbps的PCB设计问题。 用SpecctraQuest建立设计规则 Allegro是版图设计工具，SpecctraQuest是板级仿真工具，两者组合的优势在于共享相同的庞大数据库，采用相同的仿真引擎和类似的图形用户界面。由于Allegro和SpecctraQuest进一步集成，设计工程师就能够在设计阶段同时进行版图设计和仿真。要使设计的卡和背板能传输2.5Gbps、边沿速率为100ps-200ps的串行数据信号，必须掌握在该频段的SI问题并加以有效地管理。需要了解的主要SI问题包括：趋肤效应、介质损耗、耦合以及驱动器预加重等。SpecctraQuest工具可以仿真和解决下列问题： a.采用SignalExplorer工具进行预布局分析并提取重要节点。随着电路板的日益复杂化，预布局分析和设计规则设置越来越重要。采用SpecctraQuest电路图提取工具，SignalExplorer能够根据电路参数变化进行预布局分析，并能够将重要的网络节点提取到电路浏览器当中，从而对布线和版图后期设计进行检查。与许多其它的电路级仿真工具一样，SpecctraQuest的缺点之一是缺乏详细的建模能力，换言之，IBIS模型是唯一可以采用的器件模型。因此，在SignalExplorer中进行分析之前，必须可靠地评估行为模型。 采用SignalExplorer可以解决下列问题：评估电路板分层的几何尺寸、估计趋 |
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