HyperLynx布线前仿真

第15章HyperLynx布线前仿真HyperLynx是高速仿真工具。用HyperLynx的LineSim做布线前仿真,可以及早地预测和消除信号完整性问题，从而有效地约束布局、计划叠层、并在电路板布局之前优化时钟、关键信号拓扑和终端负载。15.1LineSim进行仿真工作的基本方法许多PCB板的设计，虽然在设计的初始阶段就设计出了一系列的技术措施，来保证可以按照要求完成PCB设计任务。然而实际往往设计过程中不能达到其要求。使用LineSim这个布线前仿真工具，可以在PCB设计的初期，将考虑到的PCB板布线、布局方案进行仿真，再根据仿真的结果，适当调整布局、布线策略，使得实际的布板更加合理。由于普通的PCB电路图设计工具，不包括进行信号完整性、交叉干扰、电磁屏蔽仿真的各种信号的物理信息。比如，一个时钟网络在PCB原理图上只不过是几条从驱动器到接收器之间的若干条线而已。然而这些线的属性直接影响到一系列的信号完整性问题。比如这根线是单一的一根线还是组线，是在PCB外层布线还是在内层布线，这些都是影响纤毫完整性的重要因素。LineSim对这些问题都能给与解决。LineSim仿真的具体方法如下：(1)启动运行HyperLynx软件，新建一个LineSim原理图；(2)激活原本为暗色的传输线，输入传输线的各种参数；(3)激活输出端和接收端的IC元器件，并为IC器件选择仿真模型；(4)激活无源器件，并输入具体参数值；(5)打开仿真示波器窗口；(6)为即将进行仿真设置参数；(7)运行仿真，在LineSim中设置探针；(8)观察仿真结果，并测试时序和电压；(9)将仿真结果以不同的形式输出。15.2进入信号完整性原理图在LineSim的原理图中包含两种格式，一种是自由格式原理图（Free-Form），另一种是基于单元原理图（Cell-Based）。第15章HyperLynx布线前仿真30615.2.1自由格式原理图打开HyperLynxSimulationSoftware，其工作界面如图15-1所示。图15-1HyperLynx的工作界面在菜单栏中执行File/NewLineSimSchematic/Free-Form菜单命令，或单击工具栏中的图标，弹出“HyperLynx-LincSimV7.7-[Untitled]”对话框，如图15-2所示。图15-2自由格式图纸指定IC模型在工具栏中单击图标，添加IC模型，用鼠标左键单击其节点并拖动，进行连线，如图15-3所示。进入信号完整性原理图307图15-3将IC模型连接到传输线在IC模型上双击，或右键单击IC模型在弹出的菜单中选择“AssignModels”命令，弹出AssignModels对话框，在此对话框的“Pins”列表中，列出了已经在原理图中添加的IC引脚，如图15-4所示。图15-4AssignModels对话框单击按钮，弹出“SelectICModel”对话框，如图15-5所示。图15-5SelectICModel对话框在该对话框中的Selectalibrary，device，andsignl/pin栏中，左侧的一列复选框，可以选择IC模型的类型，如IBIS模型、SPICE模型、S-Parameter模型等。在“Libraries”列表中可以选择模型的子类，在“Devices”列表中选择此类模型中的具体元器件。第15章HyperLynx布线前仿真308确定好IC模型后，单击按钮，返回“AssignModels”对话框，此时的窗口如图15-6所示。在此对话框中的Buffersettings这一栏中，选择引脚的类型，可选的引脚类型有输入（Input）、输出（Output）、反向输出（OutputInverted）等。设置好引脚类型后，原理图中的IC模型如图15-7所示。图15-6AssignModels对话框图15-7原理图中的IC模型其中，“U1.1”为输出引脚，“U2.2”为输入引脚。至此，一个简单的自由格式原理图建立完毕。15.2.2基于单元（Cell-Based）原理图打开HyperLynxSimulationSoftware，在菜单栏中执行File/NewLineSimSchematic/Cell-Based菜单命令，新建Cell-Based原理图命令，或单击工具栏中的图标，如图15-8所示。图15-8新建Cell-Based原理图在LineSim中对传输线进行设置309在上图中可以看到，系统自动在原理图中添加了传输线、IC模型、端接电阻等元器件，只是这些元器件还没有被激活，以虚线表示。在LineSim中，可以左键单击灰色的各元素（传输线、IC或者无源器件）便可以激活它们，这样就可以把它们加入到原理图中。单击各个元素就可以进入它们的物理特性模型（选择一个IC模型、指定特性阻抗、改变元件值等等）。在所需要添加的元器件及传输线上单击鼠标左键，可以将其激活，如单击第一排的两个IC符号以便激活LineSim原理图中的驱动器和接受器IC（CELLA0和B0），单击连接两个IC之间的标准的传输线符号，就可以激活此传输线。再次单击鼠标左键，可删除激活的元器件，如图15-9所示。图15-9在Cell-Based原理图中激活元器件在已激活的元器件或传输线上单击鼠标右键，可以弹出编辑窗口，对选中的对象进行编辑，编辑的方法与自由格式原理图相同。15.3在LineSim中对传输线进行设置在工具栏中单击Addtransmissionlinetoschematic添加传输线图标（、），在光标上会附着一段传输线的模型，，单击鼠标左键，在图纸上添加传输线，如图15-10所示。图中的“83.5ohms”是这段传输线的特征阻抗，“444.547ps”是它的延迟，“3.000in”是传输线长度。双击这段传输线或右键单击后在弹出菜单中选择EditTypeandValues命令，弹出“EditTransmissionLine编辑传输线”对话框，如图15-11所示。图15-10添加传输线图15-11EditTransmissionLine对话框第15章HyperLynx布线前仿真310在图所示的对话框的Transmission-lineproperties这一栏中，显示了这段传输线的具体参数，如图15-12所示。在Transmission-linetype栏中，可以选择传输线的类型，如“Stackup”叠层、“Microstrip”微带线、“Stripline”带状线等，单击每一个类型前的复选框，可以调出相应的“Values”选项卡，对传输线模型的参数进行配置。例如，选择带状线“Stripline”，则相应得“Values”选项卡如图15-13所示。图15-12Transmission-lineproperties栏图15-13带状线对应的“Values”选项卡15.4层叠编辑器在HyperLynx的LineSim和BoardSim中均包括一个强大的叠层编辑器，通过它可以简单地对PCB进行叠层设计和修改，以及对每个信号层进行特征阻抗的计算，以便对信号反射和信号完整性进行控制。在HyperLynx的工具栏中单击EditStackup图标，弹出“StackupEditor”对话框，如图15-14所示。图15-14StackupEditor对话框层叠编辑器311新的层叠结构编辑器中可以分为两个部分，电子表格区和图形区。在表格区，可以将一个层面的数据拷贝到另一个层面上，在这里可以方便的了解印制板各个层的物理设置，并且可以进行逐层编辑。在这个区域有5个标签，分别是Basic、Dielectric、Metal、ZOPlanning和CustomView。一、Basic标签在这个界面进行叠层结构的基本设置，测量单位、材料类型等。比如图15-15所示，是设置某一层面的材料类型，金属还是介质，如果是金属层面，则在图15-16中，继续设置层面的属性：信号层（Signal）、平面层（Solid/Plane）、混合层（Split/Mixed）和电镀层（Plating）。图15-15设置材料类型图15-16设置层面的属性二、Dielectric标签Dielectric界面如图15-17所示。图15-17Dielectric界面在这里设置介质材料属性，包括选用的介质工艺特性（prepregorcore聚酯胶片或堆芯）如上图中Technology栏所示。传输线仿真损耗（GHz功能设置），以及介电常数的测量频率。如图15-18中的100MHz处。图15-18介电常数的测量频率第15章HyperLynx布线前仿真312三、Metal标签Metal界面如图15-19所示。图15-19Metal界面在这里设置PCB板金属层面草料，如上图中除了铜，还可以选择银、金等金属材料。此外在界面的左下部，还可以选择是否自动计算金属周围介质层的电介质常数。四、Z0Planning标签Z0Planning界面如图15-20所示。图15-20Z0Planning界面(1)单导线的阻抗计算。在Z0Planning标签里可以根据导线的几何参数来计算它们的特性阻抗。在这里需要提供的参数有：层叠厚度、介电常数、线宽。叠层编辑器可以解算单导线和差分线的阻抗。对于单导线，一旦叠层厚度、介电常数给定，导线宽度就是确定阻抗的主要参数，方法是：单击电子表格区的Planning标签；在界面左下方的选择框中选择“Singletrace”；单击需要计算阻抗的层面Z0单元，将原默认的阻抗值改成需要的数值；按下“Enter”，或者在另外一个单元处单击鼠标，则根据输入阻抗的要求，软件自动计算出需要的线宽。层叠编辑器313(2)差分阻抗的计算。对于差分线对，可以根据需要选定计算差分线阻抗的主参数：线宽；线距；线宽和线距共同作用。在图15-21中定义了差分阻抗为75Ω，且确定导线宽度为6mil，则所需要的线距为1.42mil。图15-21根据线宽，计算差分线的线距已知阻抗值、线宽，计算差分线线距：1.单击电子表格区的Planning标签；2.在界面左下方的Planfor选择框中选择“Differentialpair”；3.在界面左下方的Strategy列表中选择解算条件：separation（线距）；4.单击需要计算阻抗的层面Z0单元，将原默认的阻抗值改成需要的数值（100Ω）；5.单击需要计算阻抗的层面Z0单元，将原默认的线宽值改成需要的数值（15mil）；6.按下Enter或者在另外一个单元处单击鼠标则根据输入阻抗的要求，软件自动计算出需要的线距，如图15-22所示。图15-22根据要求的线宽，计算差分线线距第15章HyperLynx布线前仿真314已知阻抗值、线距，计算差分线线宽：1.单击电子表格区的Planning标签；2.在界面左下方的Planfor选择框中选择“Differentialpair”；3.在界面左下方的Strategy列表中选择解算条件width（线宽）；4.单击需要计算阻抗的层面Z0单元，将原默认的阻抗值改成需要的数值（100Ω）；5.单击需要计算阻抗的层面Z0单元，将原默认的线距值改成需要的数值（14.162mil）；6.按下Enter或者在另外一个单元处单击鼠标，则根据输入阻抗的要求，软件自动计算出需要的线宽（15.008mil），如图15-23所示。图15-23根据要求的线距，计算差分线线宽已知阻抗值，同时计算差分线线距和线宽：1.单击电子表格区的Planning标签；2.在界面左下方的Planfor选择框中选择“Differentialpair”；3.在界面左下方的Strategy列表中选择解算条件：both（两者兼有）；4.单击需要计算阻抗的层面Z0单元，将原默认的阻抗值改成需要的数值（100Ω）；5.在该层面阻抗值单元出现一个按钮，如图15-24所示。图15-24根据要求的阻抗值同时计算差分线线距、线宽单击按钮，出现一个二维的曲线，其横坐标是线距，纵坐标是线宽。可以根据这个曲线来确定实际的线宽和线距，如图15-25所示。层叠编辑器315图1