SI信號完整性仿真工具介紹

(一)Ansoft公司的仿真工具

現(xiàn)在的高速電路設(shè)計已經(jīng)達(dá)到GHz的水平，高速設(shè)計要求從三維設(shè)計理論出發(fā)對過孔、封裝和布線進(jìn)行綜合設(shè)計來解決信號完整性問題。高速設(shè)計要求中國工程師必須具備電磁場的理論基礎(chǔ)，必須懂得利用麥克斯韋爾方程來分析設(shè)計過程中遇到的電磁場問題。目前，Ansoft公司的仿真工具能夠從三維場求解的角度出發(fā)，對設(shè)計的信號完整性問題進(jìn)行動態(tài)仿真。
Ansoft的信號完整性工具采用一個仿真可解決全部設(shè)計問題：

SIwave是一種創(chuàng)新的工具，它尤其適于解決現(xiàn)在高速和復(fù)雜IC封裝中普遍存在的電源輸送和信號完整性問題。

該工具采用基于混合、全波及有限元技術(shù)的新穎方法，它允許工程師們特性化同步開關(guān)噪聲、電源散射和地散射、諧振、反射以及引線條和電源/地平面之間的耦合。該工具采用一個仿真方案解決整個設(shè)計問題，縮短了設(shè)計時間。

它可分析復(fù)雜的線路設(shè)計，該設(shè)計由多重、任意形狀的電源和接地層，以及任何數(shù)量的過孔和信號引線條構(gòu)成。仿真結(jié)果采用先進(jìn)的3D圖形方式顯示，它還可產(chǎn)生等效電路模型，使商業(yè)用戶能夠長期采用全波技術(shù)，而不必一定使用專有仿真器。

(二)SPECCTRAQuest

Cadence的工具采用Sun的電源層分析模塊：

Cadence Design Systems的SpecctraQuest 信號完整性套件中的電源完整性模塊據(jù)稱能讓工程師在高速設(shè)計中更好地控制電源層分析和共模EMI。

該產(chǎn)品是由一份與Sun Microsystems公司簽署的開發(fā)協(xié)議而來的，Sun最初研制該項技術(shù)是為了解決母板上的電源問題。

有了這種新模塊，用戶就可根據(jù)系統(tǒng)要求來算出電源層的目標(biāo)阻抗；然后基于板上的器件考慮去耦合要求，Shah表示，向?qū)С绦蚰軒椭脩舸_定其設(shè)計所要求的去耦合電容的數(shù)目和類型；選擇一組去耦合電容并放置在板上之后，用戶就可運(yùn)行一個仿真程序，通過分析結(jié)果來發(fā)現(xiàn)問題所在。

SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系統(tǒng)板級設(shè)計工具，通過它可以控制與 layout相應(yīng)的限制條件。在SPECCTRAQuest菜單下集成了一下工具：

（1） SigXplorer可以進(jìn)行走線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的編輯?？稍诠ぞ咧卸x和控制延時、特性阻抗、驅(qū)動和負(fù)載的類型和數(shù)量、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及終端負(fù)載的類型等等?？稍?詳細(xì)設(shè)計前使用此工具，對互連線的不同情況進(jìn)行仿真，把仿真結(jié)果存為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模板，在后期詳細(xì)設(shè)計中應(yīng)用這些模板進(jìn)行設(shè)計。

（2） DF/Signoise工具是信號仿真分析工具，可提供復(fù)雜的信號延時和信號畸變分析、IBIS模型庫的設(shè)置開發(fā)功能。SigNoise是 SPECCTRAQUEST SI Expert和SQ Signal Explorer Expert進(jìn)行分析仿真的仿真引擎，利用SigNoise可以進(jìn)行反射、串?dāng)_、SSN、EMI、源同步及系統(tǒng)級的仿真。

（3） DF/EMC工具——EMC分析控制工具。

（4） DF/Thermax——熱分析控制工具。

SPECCTRAQuest中的理想高速設(shè)計流程：

由上所示，通過模型的驗證、預(yù)布局布線的space分析、通過floorplan制定拓樸規(guī)則、由規(guī)則驅(qū)動布局布線、后期的驗證完成單板的設(shè)計。故在設(shè)計過程中我們要運(yùn)用SPECCTRAQUEST完成SPACE分析、拓樸建立和floorplan、實時的規(guī)則驅(qū)動布局及后驗證等。

(三)Spice仿真程序

SPICE仿真程序：

電路系統(tǒng)的設(shè)計人員有時需要對系統(tǒng)中的部分電路作電壓與電流關(guān)系的詳細(xì)分析，此時需要做晶體管級仿真（電路級），這種仿真算法中所使用的電路模型都是最基本的元件和單管。仿真時按時間關(guān)系對每一個節(jié)點的I/V關(guān)系進(jìn)行計算。這種仿真方法在所有仿真手段中是最精確的，但也是最耗費時間的。

SPICE（Simulation program with integrated circuit emphasis）是最為普遍的電路級模擬程序，各軟件廠家提供提供了Vspice、Hspice、Pspice等不同版本spice軟件，其仿真核心大同小異，都是采用了由美國加州Berkeley大學(xué)開發(fā)的spice模擬算法。

SPICE可對電路進(jìn)行非線性直流分析、非線性瞬態(tài)分析和線性交流分析。被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨立電壓源、獨立電流源、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導(dǎo)體器件。SPICE內(nèi)建半導(dǎo)體器件模型，用戶只需選定模型級別并給出合適的參數(shù)。

(四)ZUEKN的EMC-Workbench

Zuken公司的虛擬原型設(shè)計工具：

該公司首次推出最新版虛擬原型設(shè)計產(chǎn)品，用于其“線路板完整性”設(shè)計流程中。新產(chǎn)品Hot-Stage 4通過引入一致的、約束驅(qū)動的工程環(huán)境，在高速設(shè)計工藝方面引起了一場革命。

此新產(chǎn)品包含基于電子制表軟件的約束管理器、自動約束向?qū)А?quot;假設(shè)分析"編輯器、嵌入式布線器，具有在線仿真、驗證以及EMI和熱分析等功能。

Hot-Stage 4能夠解決在當(dāng)今高速設(shè)計過程中的信號完整性、EMI、散熱以及可制造性等問題，為設(shè)計工程師和布局工程師提供了一種設(shè)計糾正方法。工程師輸入約束條件，該工具便可自動合成滿足要求的設(shè)計。約束條件是在類似Windows的環(huán)境中進(jìn)行管理的。其樹狀瀏覽器可以方便地設(shè)計索引，而電子制表軟件可以編輯電氣約束條件并顯示非法約束，所有這些均在一個界面中實現(xiàn)，因此減少了重復(fù)設(shè)計，降低了生產(chǎn)成本，并縮短了產(chǎn)品上市時間。

獨立選項Hot-Stage EMI通過快速檢查輻射效應(yīng)的全板掃描，進(jìn)一步增強(qiáng)了該產(chǎn)品的功能。據(jù)稱這是判斷輻射源的有效方法，可使用戶事先了解整個線路板的EMC性能，并幫助避免由EMC性能差而帶來的問題。

ZUEKN公司的系統(tǒng)級EMC/EMI分析軟件EMC-Workbench 由三部分模塊構(gòu)成：

EMC-ENGINEER 電磁兼容分析模塊、SI-WORKBENCH 信號一致性分析模塊、RADIATION-WORKBENCH 輻射分析模塊

EMC-Engineer電磁兼容分析模塊全面快速診斷你的設(shè)計：

EMC-Engineer在設(shè)計的早期檢查或系統(tǒng)的EMC/EMI特性，即便在剛剛完成布局階段，就可以用此工具進(jìn)行分析?？梢钥焖俜治龀鲈O(shè)計當(dāng)中的反射、串?dāng)_、輻射等問題，更詳細(xì)的分析可以用信號一致性分析工具（SI-Workbench）和輻射分析工具(RADIATION- Workbench)來實現(xiàn)。早期對有問題的設(shè)計區(qū)域的檢測使得設(shè)計師可以高效率低成本地優(yōu)化你的設(shè)計。

EMC-Engineer包括：設(shè)計中的最大過沖、下沖；確定精確的特征阻抗；延時和失真的計算；虛擬走線（布線）信號一致性和時序分析；輻射場強(qiáng)度計算；確定共模方式電壓分布；計算或確定由寄生參數(shù)所引發(fā)的共模方式輻射；走線長度統(tǒng)計，器件數(shù)量和器件技術(shù)統(tǒng)計以及過孔統(tǒng)計等；規(guī)則定義環(huán)境；一組可以用戶定義規(guī)則的設(shè)計環(huán)境；一組可以用戶化定義的結(jié)果視窗；綜合數(shù)據(jù)管理和庫管理功能；支持IBIS模型；支持SPICE模型；自動產(chǎn)生項目文檔；SDF（Standard Delay Format）文件輸出等。

SI-Workbench信號一致性分析模塊分析信號一致性影響：

信號一致性分析模塊SI-Workbench 可以用來對多層和多塊系統(tǒng)進(jìn)行精確的串?dāng)_和反射影響的仿真分析。一個內(nèi)嵌的二維電磁場算法用來計算傳輸線的電參數(shù)，器件的行為特性用線性特性來描述。

SI-Workbench包括：傳輸線參數(shù)計算；快速的反射和串?dāng)_仿真；輸出數(shù)據(jù)管理和庫管理功能；支持IBIS模型；支持SPICE模型；交互的和全自動模式的分析方法；電子表格式結(jié)果管理；高功能的圖形化后處理；虛擬參數(shù)的匹配網(wǎng)格加入功能；拓?fù)渚庉嬈饔糜?quot;What-if"分析；自動產(chǎn)生項目文檔。

RADIATION-Workbench輻射分析模塊分析輻射/放射影響：

輻射分析模塊REDIATION-Workbench基于三維傳輸線結(jié)構(gòu)，用三維波形仿真器計算輻射和放射特性。包括：對多層和系統(tǒng)以及封閉倉的輻射/放射分析。器件的模型是用宏模型來描述的。

在一個虛擬的測試環(huán)境中，允許設(shè)計師以高度逼真的方式仿真你的設(shè)計。仿真結(jié)果包括輻射譜、近場和遠(yuǎn)場掃描以及輻射模式等。結(jié)果數(shù)據(jù)可以用二維視圖工具和三維視圖工具直觀顯示出來。

RADIATION-Workbench 包括：傳輸線參數(shù)計算；三維全波仿真；輻射譜分析；近、遠(yuǎn)場分析；　二維和三維輻射模式；綜合數(shù)據(jù)管理和庫管理功能；支持IBIS模型；支持SPICE模型；虛擬測試環(huán)境仿真；二維和三維圖形后處理；拓?fù)渚庉嬈饔脕?quot;What-if"仿真；自動項目文檔生成功能。

(五)Mentor的ICX信號完整性解決方案

這是第一種在單一仿真環(huán)境下支持SPICE、IBIS和VHDL-AMS的信號完整性工具： ICX 3.0可適用由高速數(shù)字較高時鐘頻率和信號邊緣速率導(dǎo)致的信號完整和時序的挑戰(zhàn)，使仿真效率和精度更高。該解決方案可使允許系統(tǒng)設(shè)計人員縮短設(shè)計時間，并提高系統(tǒng)性能，也給IC廠商更多設(shè)備動作建模選擇。除了ICX 3.0，明導(dǎo)資訊還發(fā)布了Tau 3.0產(chǎn)品，這是該公司板級時序解決方案的最新版本，現(xiàn)在與ICX有著更高程度的集成。


ICX 3.0和Tau 3.0可用性強(qiáng)，有多種接口，并有多項功能改善，提高了可高速設(shè)計性能。ICX3.0為該公司的設(shè)計工具Expedition和Board Station系列提了供增強(qiáng)型接口，包括新型的ICX和Expedition產(chǎn)品的雙向接口，使用戶可以利用ICX工具在信號完整性設(shè)計和驗方面的全部功能。

Tau 3.0所集成的符號時序分析功能為板極電路的時序驗證需要提供了解決方案。Tau 3.0是Tau仿真/分析儀的主要更新版本，增強(qiáng)了可用性，在分析時也保留了更多具體信息。