Hyperlynx教程中文版(精)

HyperLynx入门指南西安电子科技大学电路CAD研究所2010年1月高速仿真工具——HyperLynx•从内容上信号完整性（signal-integrity）反射（单网络）串扰（crosstalk）电磁兼容（EMC）•从功能上线级仿真（LineSim）板级仿真（BoardSim）•这里，以HyperLynx7.5为例来介绍HyperLynx的主要功能和使用方法。主要内容一．HyperLynx7.5开发环境简介二．StackupEditor——叠层编辑器三．LineSim——布线前仿真四．BoardSim——布线后仿真五．IBIS编辑器HyperLynx7.5软件的安装目前比较流行的版本是HyperLynx7.5,这一版本在7.0的基础上有所改进。在这里先简要的介绍一下它的安装和初始化过程。打开HyperLynx7.5安装包，找到安装文件setup.exe，双击打开HyperLynx7.5Installation对话框，如下图：一、HyperLynx7.5开发环境简介双击进入HyperLynx7.5的安装界面，按照需要安装即可。双击进入MentorGraphicsLicensing的安装界面，必须要安装这一项才能使用HyperLynx7.5软件。双击进入IBIS模型安装界面，安装这一项后，就可以使用许多已有的IBIS库。安装完毕后，点击Exit退出安装。HyperLynx7.5软件的安装在安装License过程中，会出现要求指定License的路径，此时只需要将路径位置指向您的License所在的位置，点击Next继续安装就可以了。如下图示：一、HyperLynx7.5开发环境简介HyperLynx7.5的主界面安装软件完毕以后，就可以直接使用了。点击“开始-程序-HyperLynx7.5-HyperLynxSimulationSoftware”打开HyperLynx7.5软件，程序运行主界面如下。一、HyperLynx7.5开发环境简介在BoardSim和LineSim中均包括一个功能强大的叠层编辑器，使用它可以很简单地对您的PCB进行叠层设计和修改，以及对每个信号层进行特性阻抗的计算，以便您对信号反射和信号完整性的控制。选择工具条上绿色的叠层图标“EditPCBStackup”，或者通过菜单的Edit-Stackup…选项，您将看到一个6层板的叠层结构图以及各层和介质层的参数。二、叠层编辑器功能简介二、叠层编辑器StackupEditor编辑界面HyperLynx中默认的为6层板模型，用户可以根据需要添加或是减少层的数目使用叠层编辑器进行编辑双击您需要编辑的项目表格，例如介质层厚度、线宽等等，根据需要编辑顶层、底层和各个走线层、参考层以及介质层的参数，您可以分别选择Basic、Dielectric、Metal、Z0Planning、CustomView进行各个项的编辑。另外，您可以在左边的叠层参数窗口中通过鼠标拖动的方式对叠层的结构进行调整，也可以在右边的叠层示意图中进行鼠标拖动的操作。编辑各项参数，直到得到您需要的特性阻抗值。在叠层编辑器“StackupEditor”的左边叠层参数编辑窗口中单击您需要增加层的位置，单击右键弹出菜单，选择在当前位置的上面或者下面增加层。例如，现在要将目前的6层板改为8层板，这样我们可以在第三层位置单击，然后点击鼠标右键选择InsertBelow选项中的SolidPlane选项，增加一个GND2的参考层（层的名称可以增加层后，在LayerName的栏目位置进行修改），用同样的方法，增加一个VCC2的参考层。增加层后如图：二、叠层编辑器使用叠层编辑器进行编辑增加层后再根据需要对各层的参数进行设定，以满足特性阻抗的需要。二、叠层编辑器新添加的GND2和VCC2层可以通过改变表中各项参数来改变模型的特性阻抗值建立一个新的LineSim原理图点击工具条上的图标“NewLineSimSchematic”，便可以建立一个新的LineSim原理图，或者通过菜单选择File-NewLineSimFile…。三、LineSim仿真建立一个新的LineSim原理图点击第一排的两个IC符号以便激活LineSim原理图中的驱动器和接收器IC（CELLA0和B0）。点击连接两个IC之间的标准的传输线符号，就可以激活此传输线。如下图：接下来,我们将以一个简单微带线传输线的的例子来说明如何对传输线建模仿真以及优化。三、LineSim仿真指派驱动器和接收器右键点击单元CELLA0的IC图标（我们将设定它为驱动端）。点击指派模型（AssignModels）窗口右边的“Select…”按钮。选择Generic.mod库按钮。在Devices列表中，选择74AC11X:LINE-DRV，再点击OK按钮。在BufferSetting对话框中点击单选按钮“Output”，使其设置为驱动端。在窗口左边的Pins列表中选择U(B0)；点击右边的“Select…”按钮。选择Generic.mod库按钮。选择74HCXX:GATE-2，点击OK按钮。确认单选按钮“Input”被选中，将其设置为接收端。点击“关闭”按钮。三、LineSim仿真指派驱动器和接收器对话框三、LineSim仿真选择一个传输线模型右键点击传输线符号，发一些时间分别点击传输线类型页中的各种传输线类型单选按钮，可以通过Values页面对各种传输线模型进行参数和模型的了解。或者可以通过点击编辑传输线对话框中上部的传输线类型（Transmission-LineType）页和值（Values）页对所选的传输线参数进行设置，如下图：三、LineSim仿真单线模型（非耦合）耦合线模型相应传输线的各项参数均会自动计算给出“What-if”分析选择微带线Microstrip单选按钮。设置线长为8Inches（当然，您可以根据您的需要进行长度设置，我们这里只是为了进行“what-if”分析。如下图：选择确定，关闭对话框。三、LineSim仿真对时钟线进行仿真点击工具条上的示波器图标（或者Openoscilloscope/Simulator）。点击右上的“StartSimulation”按钮开始仿真（探头将被自动指派）。仿真状态对话框被打开并开始仿真，仿真结果如下图所示：三、LineSim仿真采用串联端接阻抗减小反射左键点击位于驱动IC和传输线符号之间的电阻符号，选择插入电阻（Resistor）。右键点击电阻符号，输入其阻值63欧。如下图：三、LineSim仿真采用串联端接阻抗减小反射点击工具条上的示波器图标打开示波器。点击StartSimulation按钮重新开始仿真。对比没有端接匹配电阻的波形（选中右边复选框中的previousvalue选项），我们可以很明显地看到振铃明显减小。三、LineSim仿真优化向导的使用根据信号完整性的知识以及前一个例子，我们知道端接匹配是一个非常重要的解决信号完整性的方法。但是究竟端接一个多大的阻抗才能够达到我们所需要的标准呢？盲目的去试是不可取的，工作量也会非常大。LineSim提供了一个功能强大TerminatorWizard（端接优化向导），它可以根据传输线模型以及所需的指标值，经过计算自动给出各项参数的最佳值。点击工具条上按键，或是通过Wizard-TerminatorWizard，打开优化向导的对话框。根据个人的需要设置Applytolerance（可以容许的噪声容限），经过计算它会自动给出了优化后的参数值。令外，点击对话框右上方的ApplyValues就可以将最佳参数直接应用到各元件中，而不需要在原理图中一一更改。三、LineSim仿真TerminatorWizard对话框三、LineSim仿真Applytolerance下拉菜单允许用户按照需要设定噪声容限点击ApplyValues就可以将优化值直接应用到各元件中LineSim经过计算以后给出最佳参数值频谱分析仪（spectrumanalyzer）点击LineSim工具条上的频谱分析仪（spectrumanalyzer）图标按钮，将打开频谱分析窗口。频谱分析仪提供了FCC和CISPR的ClassA和ClassB标准线，以便于在仿真中直接观察EMC。向上点击垂直偏移（VerticalOffset）设置按钮，使ClassA和ClassB的标准线位于分析窗口中，如下图示：三、LineSim仿真FCC和CISPR的ClassA标准线FCC和CISPR的ClassB标准线频谱分析仪（spectrumanalyzer）点击右上的开始仿真“StartSimulation”按钮，开始仿真，并得出结果，如图：我们可以通过改变传输线的参数值来减小EMC三、LineSim仿真从图上可以看出：在133MHz处，EMC已经远远超过了FCC和CISPR的ClassB类标准。损耗分析在HyperLynx中还提供了有损传输线模型的仿真分析。只需要按下工具条上的按钮，就可以进入有损仿真状态。我们还可以进一步分别观察介质损耗和导体损耗，只需要在原理图的传输线符号上点击鼠标右键。点击频域（FrequencyDomain）查看表“Loss”，请注意只有在有损仿真被使能时才出现此图表。三、LineSim仿真点击衰减率按钮，确认Resistive和Dielectric复选框已经被选中，我们可以分析曲线显示在高频时信号的衰减是如何增加的。串扰分析——基本模型在这一部分中我们采用一个三线串扰的例子来说明如何进行串扰分析以及减小串绕的方法。首先要建立传输线模型，建立串扰模型的关键在于要将相关的传输线添加到同一个耦合区域中，具体方法为：1.右击第一条传输线的符号，打开传输线编辑对话框。2.在“Coupled”中选择单选按钮“Stackup”，就会进入“AddtoCouplingRegions”对话框页，（NewCoupling）将出现在左边的窗口中。3.点击“EditcouplingRegion”页，可以浏览我们建立的耦合区域的截面图。从这里，点击Layer对话框中的下拉菜单，我们从中选择“3,Signal,InnerSignal1”，使得传输线位于该信号层。4.点击传输线类型“Transmission-LineType”页表，在Comment域中填上“Aggressor1”，点击“确定”按钮退出。5.重复以上的几个步骤，用同样的方法建立第二和第三根网络，必须注意保证三根传输线处于同一个耦合区域“Coupling0001”中，命名第二根位于中间的传输线为“Victim”[TL（A1,B1）]，而第三根位于右边的传输线命名为“Aggressor2”[TL（A2,B2）]。它们之间的左右位置可以通过窗口底部的左右方向的箭头移动，按照需要调整三根传输线的位置，模型建立好后如图示：三、LineSim仿真串扰分析——基本模型三、LineSim仿真串扰分析我们还可以直观的观察耦合区域之间的电力线和磁力线，只需要在原理图上右击传输线，选择“FieldSolver”页，点击“Start”按钮。点击“View…”按钮，还可以看到阻抗、电磁场耦合参数和耦合线端接等一些具体数值。三、LineSim仿真蓝色的线代表耦合域之间的电力线红色的线代表磁力线串扰分析——减小串扰的基本方法三、LineSim仿真根据信号完整性的知识，这些方法可以有效地减小串扰：1.增加传输线间距；2.减小介质层厚度；3.端接匹配阻抗；当然，在这里我们可以直接通过端接优化向导（TerminatorWizard）来分析各个元件的参数值，以确定产生串扰的原因，减小串扰。注：数字示波器提供了cliptocopy功能，使得用户可以直接将结果导出到需要的文本或者其他编辑工具中。单线网络模型在这里，我们采用HyperLynx自带的demo.hyp文件为例来说明。选择clock网络，并察看各个端口。四、BoardSim交互式仿真单线网络模型四、Board