Catalogus
1. Basisintroductie
2. Vergelijking van simulatieprocessen
2.1. Verschillen in opvattingen
2.2. Verschillen in de verwerking van simulatieresultaten
2.3. Verschillen in voor-voorverwerking
2.4. Verschillen in typen rijcodes
3. Vergelijking van resultaten
3.1. Bediening lezen
3.2. Schrijf bewerkingen
4. Modelverwerking
4.1. IBIS-model
4.2. S-parametermodel
5. Rapport genereren
6. Samenvatting
Er zijn veel snelle signaalsimulatietools-, en de belangrijkste met grote gebruikersgroepen zijn Sigrity, Siwave, Hyperlynx, ADS, CST, enzovoort. Elke tool heeft zijn eigen zwarte technologie en ontwikkelt zich over het algemeen in de richting van meer nauwkeurigheid, efficiëntie en gemak.
Dit artikel vergelijkt de verschillen tussen Siwave en Sigrity op het gebied van SI-simulatie, en voor beginnende gebruikers kan er één worden gekozen die gemakkelijk te starten is. De auteur zelf is vaardiger met Siwave, en Sigrity wordt alleen gebruikt als dagelijkse vergelijkingsreferentie.
1. de basisintroductie
Het simulatieobject van dit artikel is het i.MX8QXP-ontwikkelbord op de officiële website van NXP. (De i.MX 8-processorfamilie is sterk geïntegreerd en is een zeer representatief product van Infineon, dat veel wordt gebruikt in industriële besturing, smart city, smart home en auto-elektronica, enz. Het kan grafische, video-, beeldverwerkings-, audio- en stemfuncties ondersteunen en kan voldoen aan de behoeften op het gebied van beveiligingsauthenticatie en hoge energie-efficiëntie.)
De PCB-indeling als geheel wordt weergegeven in de volgende afbeelding. Het MCU-DRAM-VRM-systeem, gemarkeerd door het oranje kader, is het belangrijkste simulatieobject in dit artikel en het doelsignaal is het LPDDR4-signaal.
Afb. 1 Overzicht van de printplaat van het ontwikkelbord
Zoals te zien is in het schematische diagram in figuur 2 (rode doos), bevat het doel-IC-ontwerp vier groepen datasignalen. Voor de vier groepen datasignalen voor simulatie is de adreslijnsimulatiemethode hetzelfde, dus dit artikel zal niet worden herhaald. (Volgens de DDR-signaalspecificatie is het datasignaal voor het gehele DRAM-systeem met de hoogste snelheid van het signaal, gevolgd door het adressignaal, de simulatie- en testfocus op het netwerk, omdat het hele simulatieproces moet verwijzen naar de JEDEC-standaardspecificatievereisten, dus je moet een zeker begrip hebben van de DDR-signaalspecificatie. Ik weet niet dat de lezer mijn eerdere inleiding tot de relevante DDR4 kan opzoeken - met behulp van de ANSYS voor DDR4-simulatie.)
Figuur 2 DDR-gedeelte van het schema van het ontwikkelbord
De simulatiestapelopstelling wordt weergegeven in Figuur 3 om ervoor te zorgen dat de PCB-opstelling consistent is en dezelfde stapelopstelling wordt gebruikt voor zowel Siwave als Sigrity.
Figuur 3, PCB-stapelopstelling
Omdat in de simulatie rekening wordt gehouden met het signaal-SSN-effect, moet tegelijkertijd rekening worden gehouden met het effect van PDN en worden de apparaatparameters uniform ingesteld volgens de volgende tabel voor consistentie.
| modelparameter | bitnummer | capaciteit |
| 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 |
Tabel 1, Lijst met parameters voor condensatoren in het elektriciteitsnetwerk
Nogmaals, voor vergelijkingsdoeleinden worden de apparaataandrijf- en ontvangstparameters binnen Siwave en Sigrity ingesteld volgens de onderstaande tabel.
| Modus | Parameter | Waarde |
| Lezen | DRAM-zweving | PD60-ODT40-VOH30 |
| SOC | ODT-60Ohm | |
| Schrijfte | SOC-route | 80Ohm |
| DRAM | ODT-40Ohm |
Tabel 2, Tabel met parameterinstellingen voor apparaatstuurprogramma's
Ten slotte kunnen we kort twee software introduceren om beginners te helpen hun eigen keuzes te maken.
(1) Siwave is software uitgegeven door ANSYS, opgenomen in de ANSYSElectronics Desktop (meestal ook bekend als "Electronics Desktop"). Electronics Desktop is voornamelijk bedoeld voor elektrodynamische simulatie en kan voldoen aan de behoeften van allerlei soorten simulatie, van DC tot terahertz-band. De drie modules Siwave, Circuit en HFSS 3D-lay-out worden voornamelijk gebruikt om met PCB's en de bijbehorende circuit-PCB-co--simulatiebehoeften om te gaan. Wat de softwarefuncties betreft, is signaalintegriteitssimulatie slechts een van de vele mogelijkheden van de elektronische desktop van ANSYS, naast simulatie van vermogenselektronica, RF- en antennesimulatie, simulatie van magnetische componenten en multi-fysieke veldgewrichtssimulatie. ANSYS is een goede keuze als gebruikers complexere en variabelere simulatiebehoeften hebben. Helaas beschikt ANSYS niet over een Layout-tool, wat ertoe leidt dat de PCB-simulatie moet omgaan met de noodzaak om Cadence en andere EDA-bedrijven te gebruiken om een deel van de software-PCB-voorbewerkingswerkzaamheden uit te voeren, wat inhoudt dat de optimalisatie van de PCB veel minder handig is dan de simulatiesoftware die wordt geleverd met de Layout-tool.
(2) Sigrity is een product van Cadence. Naast de ontwerptools met een hoge chip gebruiken we meestal de Cadence-softwarepakketten, voornamelijk Orcad en Allegro, maar ook Pspice en Sigrity. Orcad- en Allegro-functies kennen we allemaal, voornamelijk schematische en lay-out, Pspice-circuitsimulatietools, Sigrity voor PCB-simulatietools. Sigrity is een PCB-simulatietool die System SI, Power SI, Power DC en andere modules bevat om te voldoen aan de behoeften van PCB-simulatie van signaal- en vermogensanalyse en ontwerp- en simulatiebehoeften. SIgrity en SIwave lijken qua algoritmen sterk op elkaar, beide gebruiken een hybride algoritme dat FEM, momentenmethode en transmissielijnmethode omvat. Zoals je hier kunt zien, kan Cadence, het bedrijf achter Sigrity, niet omgaan met complexe EMF-simulatiebehoeften, maar het is een autoriteit op het gebied van lay-out en CAD. En dankzij de leerkosten is Sigrity gemakkelijker aan de slag te gaan met meer relatieve informatie.
2. Vergelijking van simulatiestroom
Bij de simulatie van DDR hebben Siwave en Sigrity een soortgelijk algemeen proces: Siwave extraheert zelf de S--parameters van de PCB en bouwt vervolgens de systeemcircuits in Circuit voor simulatie; Sigrity extraheert de S--parameters van de PCB met Power SI en bouwt vervolgens de systeemcircuits in System SI voor simulatie; Sigrity extraheert de S--parameters van de PCB met Power SI en bouwt vervolgens de systeemcircuits in System SI voor simulatie; en Sigrity bouwt de systeemcircuits in SI. SIgrity daarentegen extraheert S--parameters uit PCB's via Power SI en bouwt vervolgens systeemcircuits in System SI voor simulatie.
2.1 Verschillen bekijken
Nadat Siwave in Circuit is geïntegreerd, is de algehele circuittopologie duidelijk gedefinieerd en wordt de belangrijkste informatie bijna volledig weerspiegeld in het hoofdvenster.
Fig. 4, DDR-simulatietopologie ingebouwd in Circuit
Het hoofdvenster van Sigrity's systeeminterface is beknopter vergeleken met de behoefte van de gebruiker om circuits te bewerken, wat gedaan moet worden door te dubbelklikken op het juiste pictogram, waarbij meer informatie verborgen is in de secundaire interface.
Figuur 5: DDR-simulatietopologie ingebouwd in Sigrity
2.2 Verschillen in verwerking van simulatieresultaten
Wanneer u Siwave gebruikt, moet de gebruiker de simulatieresultaten oproepen, en bij het exporteren van het oogdiagram moet de UI-tijd handmatig worden ingesteld, en in de aandrijfparameters, signaalsnelheid, enz. opnieuw- bewerken, de originele resultaten worden gewist. Als u het wilt behouden, moet u het handmatig kopiëren, kortom, het algehele proces van de werking van het handmatige gedeelte van iets meer.
Fig. 6, Interface voor circuitsimulatieresultaten
Integendeel, bij gebruik van Sigrity worden de simulatieresultaten automatisch gegenereerd, is de presentatie van algemene resultaten zoals oogdiagrammen ook meer geautomatiseerd, en kan de software ook automatisch de resultaten van elke simulatie opslaan wanneer de gebruiker herhaaldelijke wijzigingen aanbrengt in de aandrijfparameters, signaalsnelheid, enzovoort. Dat wil zeggen, het hele proces verloopt meer automatisch.
Figuur 7: Systeem SI-simulatieresultaatinterface
2.3 Verschillen in voor-voorverwerking
Siwave is uitgebreider in de voorbewerking van modellen vanwege de hogere integratiegraad, waardoor de kracht van ANSYS eDesktop ten volle wordt benut, inclusief controle van de naleving van S-parameters, controle van IBIS-modellen, repareren,- opnieuw bewerken, enz. Persoonlijk denk ik dat het professioneler is. Daarom vind ik het persoonlijk professioneler.
Fig. 8, Siwave's verwerking van S-parametermodellen
Figuur 9, Siwave's verwerking van het IBIS-model
Figuur 10, Cadence's eigen IBIS-modelleringstool
2.4 Verschillen in typen stuurprogrammacodes
Er zijn enkele verschillen tussen Siwave en Sigrity wat betreft de typen stuurprogrammacodes. Onder hen is Siwave standaard ingesteld op het PRBS-codetype, en elk netwerkcodetype kan zo worden ingesteld dat het willekeurig door het systeem wordt gegenereerd.
Figuur 11: Interface voor het instellen van het codetype in Siwave
Sigrity is vergelijkbaar in de opzet van het driverpatroon, maar met de extra functie van kanaaldetectie, die een "worst case" driverpatroon kan genereren op basis van de kanaalresponskarakteristieken. Dit punt houdt vooral rekening met het SSN-effect van PDN. Volgens het artikel van Larry Smith (hoofdexpert van Qualcomm PI) kan het systeem in een bepaald codetype worden geactiveerd om ervoor te zorgen dat het systeem de piek laat crashen, en dit fenomeen wordt gedefinieerd als een Rogue Wave. vanuit dit oogpunt is het WORST CASE een handiger manier om de robuustheid van het DDR-systeem te testen.
Figuur 12, Tool voor het genereren van Sigrity-code
3. Vergelijking van resultaten
De signaalsnelheid is ingesteld op 4,266 Gbps en de resultaten worden respectievelijk verkregen door simulatie.
3.1 Leesbewerking
Het is duidelijk dat de resultaten van de twee tools bij de leesbewerking in principe hetzelfde zijn. Er zijn enkele verschillen in de details van de golfvorm, zo is de ooghoogte van de Sigrity-golfvorm iets kleiner dan die van de Siwave-resultaten. Persoonlijk denk ik dat de belangrijkste reden is dat er enkele verschillen zijn tussen de twee tools bij het verwerken van IBIS-modelgegevens. (Waarom niet het verschil in S-parameterresultaten? De reden is de volgende.)
Figuur 13, Vergelijking van Byte0-resultaten
Figuur 14, Vergelijking van Byte1-resultaten
Figuur 15, Vergelijking van Byte2-resultaten
Figuur 16, Vergelijking van Byte3-resultaten
3.2 Schrijfbewerking
In de resultaten van de schrijfoperatie is er een enorm verschil tussen de twee, waarbij Siwave aanzienlijk betere resultaten behaalt dan Sigrity, dat een zeer slechte amplitudeconsistentie op hoog niveau heeft, wat resulteert in een aanzienlijk dikker "ooglid" dan de Siwave-resultaten.
Figuur 17, Vergelijking van Byte0-resultaten
Figuur 18, Vergelijking van Byte1-resultaten
Figuur 19, Vergelijking van Byte2-resultaten
Figuur 20, Vergelijking van Byte3-resultaten
4. Verwerking van het model
4.1 IBIS-model
Volgens een blogpost van Wei-hsing Huang (hoofdconsulent van SPISim USA, later overgenomen door ANSYS) is er een bovengrens voor de frequentie voor het gebruik van het IBIS-model, waarboven de buffer niet genoeg tijd zal hebben om de overgangen tussen stijging, daling of beide te voltooien. Deze situatie kan leiden tot discontinuïteiten, glitches of zelfs niet--convergentie in het simulatieproces. We definiëren dit fenomeen als overklokken.
Overklokken bestaat in het MCU-model dat wordt aangeboden door de website van NXP. Als we de golfvorm van het DDR-stuurprogramma openen, kunnen we zien dat de lengte van de stijgende flank 10 ns heeft bereikt, wat de minimale codebreedte van 4,266 Gbps ernstig heeft overschreden.
Siwave heeft een voorverwerkingsfunctie voor het IBIS-model geïntegreerd om het trimmen van het golfvormbreedtegedeelte te maximaliseren om aan hogere frequentievereisten te voldoen. Zoals u in de onderstaande afbeelding kunt zien, is de breedte van de geoptimaliseerde stijgende flank van de golfvorm teruggebracht tot minder dan 800 ps.
De IBIS-modelcontrolefunctionaliteit is ook opgenomen in Sigrity en zal controleren op naleving. Het beperkt zich echter alleen tot controle en vindt geen onderdelen die verder zijn geoptimaliseerd voor verwerking. Het is om deze reden dat er een groot verschil is in de resultaten tussen de twee in de schrijfmodus.
Figuur 23, IBIS-modelcontrolefunctie in Sigrity
4.2 S-parametermodel
Bij het gebruik van Sigrity, ontdekt dat de Power Si bij het genereren van een S-parametermodel er een niet-convergentie van de situatie is, de resultaten van de twee simulaties samen voor vergelijking, kun je zien dat er een van de keren een duidelijke niet-passiviteitssituatie is. De auteur weet niet zeker waarom deze situatie zich voordoet, en ik hoop dat leraren die hiervan op de hoogte zijn deze vraag kunnen beantwoorden.
Fig. 24, Vergelijking van S-parameters verkregen uit twee simulaties van PowerSI
5. Rapportgeneratie
Voor complexe DDR-simulatieresultaten is het een vervelende taak om de JEDEC-standaarddocumenten één voor één op conformiteit te controleren. Siwave en Sigrity, als volwassen commerciële software, hebben beide volledige functies voor het genereren van rapporten. De ingebouwde-functie voor het genereren van rapporten vereenvoudigt dit deel van het werk aanzienlijk door automatisch de simulatieresultaten te controleren en een nalevingsrapport uit te voeren.
Daarentegen is de functie voor het genereren van rapporten van Siwave omslachtiger: gebruikers moeten naar de herdefinitie van het resultaatsignaal gaan om het bijbehorende simulatierapport te krijgen. Tegelijkertijd mist het simulatierapport van Siwave belangrijke informatie zoals stapelinformatie, informatie over ontkoppelcondensatoren, instellingen van het modelstuurprogramma en kan het webpaginaformaat van het resultaatdocument niet opnieuw worden geopend- om de golfvorm te bekijken.
Figuur 25, Siwave-nalevingsrapport (gedeeltelijke schermafbeelding)
Figuur 26, Siwave-nalevingsrapport (gedeeltelijke schermafbeelding)
Het genereren van rapporten door Sigrity is relatief eenvoudig en handig. Gebruikers hoeven de relatie tussen signalen niet opnieuw te definiëren, maar hebben slechts een paar eenvoudige stappen nodig om een compleet resultatenbestand met signaalgolfvormen te krijgen. Dit is zeer gebruiksvriendelijk-vergeleken met Siwave.
Figuur 27, Sigrity-nalevingsrapport (gedeeltelijke schermafbeelding)
Figuur 28, Sigrity-nalevingsrapport (gedeeltelijke schermafbeelding)
6. Samenvatting
Uit een eenvoudige vergelijking-aan-zij kunnen we zien dat de reguliere commerciële SI-simulatietools aan de meeste simulatiebehoeften kunnen voldoen. In dit stadium kan echter niemand perfect zijn. Om de waarde van SI in het productontwikkelingsproces volledig te kunnen benutten, moeten gebruikers de tekortkomingen van de software overwinnen.