1.2 高速PCB仿真的重要意義 1.2.1 板級(jí)SI仿真的重要意義 過(guò)去，PCB性能要采用一系列儀器測(cè)試原型(通常接近成品)來(lái)評(píng)定。電路的復(fù)雜性增加之后，多層板和高密度出現(xiàn)了，人們開(kāi)始用自動(dòng)布線工具來(lái)處理日益復(fù)雜的元器件之間的互聯(lián)。此后，電路的工作速度不斷提高，功能不斷翻新，元器件之間連線的物理尺寸和的電特性日益受到關(guān)注。 從根本上講，市場(chǎng)是級(jí)仿真的強(qiáng)勁動(dòng)力。在激烈競(jìng)爭(zhēng)的行業(yè)，快速地將產(chǎn)品投入市場(chǎng)至關(guān)重要，傳統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)方法要先設(shè)計(jì)原理圖，然后放置元器件和走線，最后采用一系列原型機(jī)反復(fù)驗(yàn)證/測(cè)試。修改設(shè)計(jì)意味著時(shí)間上的延遲，這種延遲在產(chǎn)品快速面市的壓力下是不能接受的。圖 1 PCB 設(shè)計(jì)流程比較“第一時(shí)間推出產(chǎn)品”的設(shè)計(jì)目標(biāo)不只是一句廣告詞，事實(shí)上，這是生死攸關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)需要。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期識(shí)別、預(yù)防和改正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，可以防止出錯(cuò)，這種操作模式比以往任何時(shí)候都至關(guān)重要，PCB 仿真就是最好的方法之一。板級(jí)仿真工具的作用就是在制造前后幫助設(shè)計(jì)人員更快地開(kāi)展調(diào)試工作。 Cadence 公司的PCB SI和SigXplor 設(shè)計(jì)工具為我們高速 PCB的仿真提供了強(qiáng)有力的手段，在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與決策的時(shí)候，通過(guò)仿真往往能解決很多懸而未決的棘手問(wèn)題，增加了對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可預(yù)見(jiàn)性，配合后端的 PCB設(shè)計(jì)與后仿真，能使我們從根本上解決高速信號(hào)的分析與處理問(wèn)題。1.2.2 系統(tǒng)級(jí)SI 仿真的重要意義 新一代的 EDA 信號(hào)完整性工具主要包括布線前/布線后 SI 分析工具和系統(tǒng)級(jí) SI 工具等。使用布線前 SI 分析工具可以根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)信號(hào)完整性與時(shí)序的要求在布線前幫助設(shè)計(jì)者選擇元器件、調(diào)整元器件布局、規(guī)劃系統(tǒng)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)和確定關(guān)鍵線網(wǎng)的端接策略。SI 分析與仿真工具不僅可以對(duì)一塊 PCB 板的信號(hào)流進(jìn)行分析，而且可以對(duì)同一系統(tǒng)內(nèi)其它組成部分如背板、連接器、電纜及其接口進(jìn)行分析，這就是系統(tǒng)級(jí)的 SI 分析工具。針對(duì)系統(tǒng)級(jí)評(píng)價(jià)的SI 分析工具可以對(duì)多板、連接器、電纜等系統(tǒng)組成元件進(jìn)行分析，并可通過(guò)設(shè)計(jì)建議來(lái)幫助設(shè)計(jì)者消除潛在的 SI問(wèn)題，它們一般都包括 IBIS 模型接口、2 維傳輸線與串?dāng)_仿真、電路仿真、SI 分析結(jié)果的圖形顯示等功能。這類工具可以在設(shè)計(jì)包含的多種領(lǐng)域如電氣、EMC、熱性能及機(jī)械性能等方面綜合考慮這些因素對(duì) SI 的影響及這些因素之間的相互影響，從而進(jìn)行真正的系統(tǒng)級(jí)分析與驗(yàn)證。對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的系統(tǒng)的 PCB 進(jìn)行后仿真發(fā)現(xiàn)信號(hào)完整性問(wèn)題常常是非常被動(dòng)的事，即使后仿真找到了問(wèn)題所在，解決這些 SI 問(wèn)題往往要從頭再來(lái)，這樣一來(lái)，既增加了設(shè)計(jì)成本，也發(fā)揮不了 EDA 設(shè)計(jì)工具對(duì)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用，通過(guò)前仿真來(lái)決定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，可以有效的解決困擾我們的高速設(shè)計(jì)中的 SI 問(wèn)題，將后續(xù) PCB 設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，這就是 PCB SI 和SigXplor 工具需要完成的任務(wù)。Cadence公司的 PCB SI 和SigXplor 設(shè)計(jì)工具可以仿真實(shí)際物理設(shè)計(jì)中的各種參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)中的信號(hào)完整性和時(shí)序(timing)、串?dāng)_(Crosstalk)、EMI 問(wèn)題進(jìn)行定量的分析。運(yùn)用 PCB SI和 SigXplor設(shè)計(jì)工具進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)前仿真可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可實(shí)現(xiàn)性，根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì) SI 與時(shí)序的要求來(lái)選擇關(guān)鍵元器件、優(yōu)化系統(tǒng)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)各部分的延遲、選擇合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，調(diào)整 PCB 的元器件布局、確定重要網(wǎng)絡(luò)的端接方案。PCB SI和 SigXplor設(shè)計(jì)工具不僅可以對(duì)一塊 PCB 板的信號(hào)流進(jìn)行分析，而且可以通過(guò)設(shè)置 Design Link 對(duì)同一系統(tǒng)內(nèi)其它組成部分如背板、接線器、Interconnect 線纜及其各個(gè)功能模塊或插板進(jìn)行綜合分析，完成系統(tǒng)級(jí)的 SI 分析。針對(duì)系統(tǒng)級(jí)的 SI 分析工具可以對(duì)多板、接線器等系統(tǒng)組成部分進(jìn)行分析，得出一系列的約束條件(Constraint)給系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。在驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的同時(shí)得出解決 SI 問(wèn)題的最大設(shè)計(jì)空間(Solution space)，同樣是我們 EDA 工程師的首要任務(wù)。在系統(tǒng)級(jí) SI仿真和設(shè)計(jì)驗(yàn)證中，點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浞治鲆恢笔抢_ SI 工程師的難點(diǎn)之一,隨著總線頻率的提高和器件的驅(qū)動(dòng)能力、上升和下降延的特性差異，這些問(wèn)題的解決起來(lái)越發(fā)困難，在系統(tǒng)背板設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要考慮的系統(tǒng)對(duì)不同功能單元的兼容性，互換性、系統(tǒng)的滿載和空載(如空載時(shí)殘余導(dǎo)線對(duì) SI 的影響)時(shí)，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì) SI 的影響，要考慮到各個(gè)功能單元的最大時(shí)序余量，給它們更大的時(shí)序空間，增加模塊的可實(shí)現(xiàn)性。目前，高速串行總線的應(yīng)用在某種程度上緩解了高速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中現(xiàn)的 SI 問(wèn)題，LVPECL,LVDS 已經(jīng)在很多高速系統(tǒng)中廣泛采用，采用點(diǎn)到點(diǎn)的簡(jiǎn)單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也可以避免不少高速設(shè)計(jì)問(wèn)題。系統(tǒng)級(jí)仿真的設(shè)計(jì)過(guò)程往往是一個(gè)不斷反復(fù)的過(guò)程,通過(guò)仿真提高系統(tǒng)的兼容性，給各個(gè)功能模塊或子單元最大的時(shí)序空間是我們追求的目標(biāo)，同時(shí)，還要考慮到器件工作在最惡劣情況下(Worst case)系統(tǒng)的時(shí)序(timing)，過(guò)沖(Overshoot,Undershoot),EMI 等方面的問(wèn)題，這對(duì)于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性起到非常重要的作用。