קָטָלוֹג
1. מבוא בסיסי
2. השוואה בין תהליכי סימולציה
2.1. הבדלים בצפיות
2.2. הבדלים בעיבוד תוצאות סימולציה
2.3. הבדלים בעיבוד מוקדם-
2.4. הבדלים בסוגי קודי נהיגה
3. השוואת תוצאות
3.1. קרא את הפעולה
3.2. כתוב פעולות
4. עיבוד מודל
4.1. דגם IBIS
4.2. S-מודל פרמטר
5. הפקת דוחות
6. סיכום
ישנם כלים רבים לסימולציית אותות במהירות גבוהה-, והעיקריים שבהם עם קבוצות משתמשים גדולות הם Sigrity, Siwave, Hyperlynx, ADS, CST וכן הלאה. לכל כלי יש את הטכנולוגיה השחורה שלו מאחוריו, ובסך הכל הוא מתפתח לקראת המטרה של יותר דיוק, יעילות ונוחות.
מאמר זה משווה את ההבדלים בין Siwave ו- Sigrity בסימולציית SI, ולמשתמשים מתחילים, ניתן לבחור באחד מהם כאחד שקל להתחיל בו. המחבר עצמו מיומן יותר עם Siwave, ו-Sigrity משמש רק כאזכור יומי להשוואה.
1. ההקדמה הבסיסית
מושא הסימולציה של מאמר זה הוא לוח הפיתוח i.MX8QXP באתר הרשמי של NXP. (משפחת מעבדי i.MX 8 משולבת מאוד והיא מוצר מייצג מאוד של Infineon, שנמצא בשימוש נרחב בבקרה תעשייתית, עיר חכמה, בית חכם ואלקטרוניקה לרכב וכו'. הוא יכול לתמוך בגרפיקה, וידאו, עיבוד תמונה, פונקציות אודיו וקול, והוא יכול לספק את הצרכים במונחים של אימות אבטחה ויעילות אנרגטית גבוהה.)
פריסת ה-PCB בכללותה מוצגת באיור הבא, מערכת ה-MCU-DRAM-VRM המסומנת בתיבה הכתומה היא אובייקט הסימולציה העיקרי במאמר זה, ואות היעד הוא אות LPDDR4.
איור. 1 תצוגה כוללת של לוח הפיתוח PCB
כפי שניתן לראות מהדיאגרמה הסכמטית באיור 2 (תיבה אדומה), תכנון ה-IC היעד מכיל ארבע קבוצות של אותות נתונים, בארבע קבוצות אותות הנתונים לסימולציה, שיטת הדמיית קו הכתובת זהה, כך שמאמר זה לא יחזור על עצמו. (לפי מפרט אות DDR, אות הנתונים עבור כל מערכת ה-DRAM בקצב המהיר ביותר של האות, ואחריו אות הכתובת, הוא מוקד הסימולציה והבדיקה ברשת, מכיוון שכל תהליך הסימולציה צריך להתייחס לדרישות המפרט הסטנדרטי של JEDEC, אז אתה צריך הבנה מסוימת של מפרט האות DDR, לא יודע שהקורא יכול לחפש את ההקדמה הקודמת שלי DDRANS- סימולציה.)
איור 2 קטע DDR של סכמטי לוח הפיתוח
הגדרת מחסנית הסימולציה מוצגת באיור 3 כדי להבטיח שהגדרת ה-PCB עקבית ושאותה ערימה משמשת הן עבור Siwave והן עבור Sigrity.
איור 3, הגדרת ערימת PCB
מכיוון שאפקט SSN האות נחשב בסימולציה, יש להתייחס להשפעה של PDN בו-זמנית, ופרמטרי ההתקן נקבעים באופן אחיד לפי הטבלה הבאה לצורך עקביות.
| פרמטר דגם | מספר סיביות | יְכוֹלֶת |
| 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 |
טבלה 1, רשימת פרמטרים של קבלים ברשת החשמל
שוב, למטרות השוואה, פרמטרי הכונן והקבלה של המכשיר בתוך Siwave ו- Sigrity מוגדרים לפי הטבלה שלהלן.
| מצב | אבאאַיִלeter | עֵרֶך |
| לִקְרוֹא | DRAM Slew | PD60-ODT40-VOH30 |
| SOC | ODT-60Ohm | |
| Write | SOC Rout | 80 אוהם |
| לְגִימָה | ODT-40Ohm |
טבלה 2, טבלת הגדרות פרמטרים של מנהל התקן
לבסוף, אנו יכולים להציג בקצרה שתי תוכנות כדי להקל על מתחילים לעשות את הבחירות שלהם.
(1) Siwave היא תוכנה שפורסמה על ידי ANSYS, הכלולה בשולחן העבודה של ANSYSElectronics (בדרך כלל ידוע גם בשם "Electronics Desktop"), Electronics Desktop מיועדת בעיקר לסימולציה אלקטרודינמית, יכולה לענות על הצרכים של כל מיני סימולציות מ-DC ועד להקת terahertz. שלושת המודולים Siwave, Circuit ו-HFSS 3D פריסת 3D משמשים בעיקר כדי להתמודד עם PCBs וצרכי סימולציית המעגלים-קו-קו-. מתכונות התוכנה, הדמיית שלמות האות היא רק אחת מהיכולות הרבות של ANSYS שולחן העבודה האלקטרוני, בנוסף להדמיית הספק אלקטרוניקה, הדמיית RF ואנטנות, הדמיית רכיבים מגנטיים וסימולציית מפרקים מרובה-שדות פיזיים. ANSYS היא בחירה טובה אם למשתמשים יש צרכי סימולציה מורכבים ומשתנים יותר. למרבה הצער, ל-ANSYS אין כלי Layout, מה שמוביל לכך שהדמיית PCB שלה להתמודד עם הצורך להשתמש ב-Cadence ובחברות EDA אחרות כדי לבצע חלק מעבודת קדם ה-PCB של התוכנה-, אשר באופטימיזציה של ה-PCB היא הרבה פחות נוחה מאשר תוכנת הסימולציה שמגיעה עם כלי Layout.
(2) Sigrity היא תוצר של קיידנס. בנוסף לכלי עיצוב השבבים הגבוהים, אנו משתמשים בדרך כלל בחבילות התוכנה של Cadence בעיקר ב-Orcad ואלגרו, וכן ב-Pspice וב-Sigrity. פונקציות Orcad ואלגרו שכולנו מכירים, בעיקר סכמטיות ו-Layout, כלי סימולציית מעגלים של Pspice, Sigrity לכלי הדמיית PCB. Sigrity הוא כלי הדמיית PCB המכיל את System SI, Power SI, Power DC ועוד מודולים כדי לענות על הצרכים של הדמיית PCB של ניתוח אותות והספק וצרכי עיצוב וסימולציה. SIgrity ו-SIwave דומים מאוד באלגוריתמים, שניהם משתמשים באלגוריתם היברידי הכולל FEM, method of moments ושיטת קו העברה. כפי שניתן לראות כאן, Cadence, החברה שמאחורי Sigrity, לא יכולה להתמודד עם צורכי הדמיית EMF מורכבים, אבל היא סמכות ב-Layout ו-CAD. ומעלות הלמידה, ל- Sigrity קל יותר להתחיל עם מידע יחסי יותר.
2. השוואה של זרימת סימולציה
בסימולציה של DDR, ל-Siwave ול-Sigrity יש תהליך כולל דומה: Siwave מחלץ את פרמטרי ה-S- של ה-PCB בעצמו, ולאחר מכן בונה את מעגלי המערכת ב-Circuit לצורך סימולציה; Sigrity מחלץ את הפרמטרים S- של ה-PCB על ידי Power SI, ולאחר מכן בונה את מעגלי המערכת במערכת SI לצורך סימולציה; Sigrity מחלץ את הפרמטרים S- של ה-PCB על ידי Power SI, ולאחר מכן בונה את מעגלי המערכת במערכת SI לצורך סימולציה; ו-Sigrity בונה את מעגלי המערכת ב-SI. SIgrity, לעומת זאת, מחלצת פרמטרים S-מ-PCB באמצעות Power SI ולאחר מכן בונה מעגלי מערכת במערכת SI לצורך סימולציה.
2.1 הבדלי צפייה
לאחר שילוב Siwave ב-Circuit, טופולוגיית המעגל הכוללת מוגדרת בבירור, ומידע המפתח משתקף כמעט במלואו בנקודת התצוגה הראשית.
איור. 4, טופולוגיית הדמיית DDR מובנית ב-Circuit
החלון הראשי של ממשק המערכת של Sigrity מתומצת יותר בהשוואה לצורך של המשתמש לערוך מעגלים, מה שצריך לעשות בלחיצה כפולה על האייקון המתאים, כשבממשק המשני מסתתר מידע נוסף.
איור 5: טופולוגיית הדמיית DDR בנויה ב- Sigrity
2.2 הבדלים בעיבוד תוצאות סימולציה
בעת שימוש ב-Siwave, המשתמש צריך לקרוא את תוצאות הסימולציה, וביצוא של דיאגרמת העין צריך להגדיר ידנית את זמן ממשק המשתמש, ובפרמטרי הכונן, קצב האות וכו'.-עריכה מחדש, התוצאות המקוריות יימחקו, אם ברצונך לשמור עליה יש להעתיק ידנית, בקיצור, התהליך הכולל של הפעולה של החלק הידני של קצת יותר.
איור. 6, ממשק תוצאת הדמיית מעגל
להיפך, בעת שימוש ב- Sigrity, תוצאות הסימולציה נוצרות אוטומטית, הצגת תוצאות נפוצות כמו דיאגרמות עיניים גם היא אוטומטית יותר, והתוכנה יכולה גם לשמור אוטומטית את התוצאות של כל סימולציה כאשר המשתמש מבצע עריכות חוזרות ונשנות בפרמטרי הכונן, קצב האותות וכדומה. כלומר, כל התהליך הוא אוטומטי יותר.
איור 7: ממשק תוצאות סימולציית SI של מערכת
2.3 הבדלים ב-עיבוד מקדים
Siwave מקיפה יותר בעיבוד מקדים של מודלים בגלל מידת האינטגרציה הגבוהה יותר שלה, מה שנותן משחק מלא לכוחו של ANSYS eDesktop, כולל בדיקת תאימות פרמטרים S-, בדיקת מודל IBIS, תיקון,-עריכה מחדש וכו'. באופן אישי, אני חושב שזה יותר מקצועי. לכן, אני אישית חושב שזה יותר מקצועי.
איור. 8, העיבוד של Siwave של מודלים של פרמטרים S-
איור 9, עיבוד של Siwave של מודל IBIS
איור 10, כלי הדוגמנות IBIS משל קיידנס
2.4 הבדלים בסוגי קוד נהגים
ישנם כמה הבדלים בין Siwave ו- Sigrity מבחינת סוגי קוד נהגים. ביניהם, Siwave כברירת מחדל לסוג קוד PRBS, וניתן להגדיר כל סוג קוד רשת כך שייווצר באופן אקראי על ידי המערכת.
איור 11: ממשק הגדרת סוג קוד ב-Siwave
Sigrity דומה בהגדרת דפוס הדרייבר, אך עם הפונקציה הנוספת של זיהוי ערוצים, שיכולה ליצור דפוס דרייבר "במקרה הגרוע ביותר" המבוסס על מאפייני התגובה של הערוץ. נקודה זו לוקחת בעיקר בחשבון את אפקט ה-SSN של PDN, לפי המאמר של לארי סמית' (המומחה הראשי של Qualcomm PI), ניתן להפעיל את המערכת בכונן מסוג קוד מסוים כדי לגרום למערכת לקרוס את הגל, ותופעה זו מוגדרת כ-Rogue Wave. מנקודת מבט זו, ה-WORST CASE הוא דרך נוחה יותר לבדוק את החוסן של מערכת ה-DDR.
איור 12, כלי ליצירת קוד Sigrity
3. השוואת תוצאות
קצב האות מוגדר ל-4.266Gbps והתוצאות מתקבלות על ידי סימולציה בהתאמה.
3.1 קרא את הפעולה
ניתן לראות שהתוצאות של שני הכלים בפעולת הקריאה זהות בעצם, ישנם כמה הבדלים בפרטי צורת הגל, כמו למשל גובה העין של צורת הגל Sigrity קטן במעט מתוצאות ה-Siwave. באופן אישי, אני מניח שהסיבה העיקרית היא שיש כמה הבדלים בין שני הכלים בעיבוד נתוני מודל IBIS. (מדוע לא ההבדל בתוצאות פרמטר S-? הסיבה היא בהמשך.)
איור 13, השוואה של תוצאות Byte0
איור 14, השוואה של תוצאות Byte1
איור 15, השוואה של תוצאות Byte2
איור 16, השוואה של תוצאות Byte3
3.2 פעולת כתיבה
בתוצאות פעולת הכתיבה, יש הבדל עצום בין השניים, כאשר Siwave משיגה תוצאות טובות משמעותית מ-Sigrity, שיש לה עקביות משרעת ברמה נמוכה מאוד, וכתוצאה מכך "עפעף" עבה משמעותית מתוצאות Siwave.
איור 17, השוואה של תוצאות Byte0
איור 18, השוואה של תוצאות Byte1
איור 19, השוואה של תוצאות Byte2
איור 20, השוואה של תוצאות Byte3
4. עיבוד הדגם
דגם 4.1 IBIS
לפי פוסט בבלוג של Wei-hsing Huang (יועץ ראשי של SPISim USA, מאוחר יותר נרכש על ידי ANSYS), יש מגבלת תדירות עליונה לשימוש במודל IBIS, שמעבר לו לא יהיה למאגר מספיק זמן להשלים את המעברים בין עלייה, ירידה או שניהם. מצב זה יכול להוביל לחוסר המשכיות, תקלות או אפילו אי-התכנסות בתהליך הסימולציה. אנו מגדירים תופעה זו כ-Overclocking.
אוברקלוקינג קיים בדגם ה-MCU שמסופק על ידי האתר של NXP. כשפותחים את צורת הגל של מנהל התקן DDR, אנו יכולים לראות שאורך הקצה העולה שלו הגיע ל-10ns, שחרג ברצינות את רוחב הקוד המינימלי של 4.266Gbps.
Siwave שילבה פונקציית עיבוד מקדים מדגם IBIS בפנים כדי למקסם את חיתוך חלק רוחב צורת הגל כדי לעמוד בדרישות תדר גבוהות יותר. כפי שניתן לראות באיור למטה, רוחב הקצה העולה של צורת הגל האופטימלית מצטמצם לפחות מ-800ps.
פונקציונליות בדיקת המודל של IBIS כלולה גם ב-Sigrity ותבדוק את התאימות. עם זאת, הוא מוגבל לבדיקה בלבד ואינו מוצא חלקים שעברו אופטימיזציה נוספת לעיבוד. מסיבה זו יש הבדל גדול בתוצאות בין השניים במצב כתיבה.
איור 23, פונקציית בדיקת מודל IBIS ב- Sigrity
4.2 S-מודל פרמטר
בשימוש ב-Sigrity, מצא שה-Power Si שלו ביצירת מודל הפרמטרים S-יש אי-התכנסות של המצב, התוצאות של שתי הסימולציות יחד להשוואה, אתה יכול לראות שפעם אחת יש מצב ברור של אי-פסיביות. המחבר אינו בטוח מדוע המצב הזה מתרחש, ואני מקווה שמורים שיודעים על כך יוכלו לענות על שאילתה זו.
איור. 24, השוואה של פרמטרים S- שהתקבלו משתי סימולציות של PowerSI
5. הפקת דוחות
עבור תוצאות סימולציית DDR מורכבות, זו משימה מייגעת לבדוק את מסמכי התקן של JEDEC לתאימות בזה אחר זה. ל-Siwave ו-Sigrity, כתוכנה מסחרית בוגרת, לשתיהן יש פונקציות של יצירת דוחות. פונקציית יצירת הדוחות המובנית-מפשטת מאוד חלק זה של העבודה על ידי בדיקה אוטומטית של תוצאות הסימולציה ופלטת דוח תאימות.
לעומת זאת, פונקציית הפקת הדוחות של Siwave מסורבלת יותר, המשתמשים צריכים לעבור להגדרה מחדש של אות התוצאה, כדי לקבל את דוח הסימולציה המתאים, במקביל, לדוח הסימולציה של Siwave חסר מידע מפתח כגון מידע ערימה, מידע קבלים לניתוק, הגדרות מנהלי התקן של דגם, ופורמט דף האינטרנט של מסמך התוצאה לא ניתן לפתוח מחדש כדי להציג את ה-waveve{{0}.
איור 25, דוח תאימות של Siwave (צילום מסך חלקי)
איור 26, דוח תאימות של Siwave (צילום מסך חלקי)
הפקת הדוחות של Sigrity קלה ונוחה יחסית. משתמשים לא צריכים להגדיר מחדש את הקשר בין האותות, אלא רק צריכים כמה שלבים פשוטים כדי לקבל קובץ תוצאות שלם עם צורות גל של אותות. זה מאוד-ידידותי למשתמש בהשוואה ל-Siwave.
איור 27, דוח תאימות Sigrity (צילום מסך חלקי)
איור 28, דוח תאימות Sigrity (צילום מסך חלקי)
6. סיכום
מהשוואה פשוטה-לצד-, אנו יכולים לראות שכלי הדמיית SI המסחריים המסחריים יכולים למלא את רוב צורכי הסימולציה. עם זאת, בשלב זה, אף אחד לא יכול להיות מושלם. כדי לנצל באופן מלא את הערך של SI בתהליך פיתוח המוצר, המשתמשים צריכים להתגבר על החסרונות של התוכנה.