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(多图) 使用HSPICE精确分析多千兆系统

Hany Elhak?? 产品营销经理;Ted Mido?? 研发工程师?? 新思科技公司?? 2014年07月01日 ?? 收藏0
通过一个3200Mbps LPDDR4接口将一个应用处理器连接至DRAM芯片,其难度不亚于2600MHz 4G LTE天线的布线工作。虽然RF前端采用了陶瓷封装,并在各个抗电磁干扰模块中进行了精心布线,但数字信号会穿过球栅阵列封装和高密度小型印刷电路板(PCB),从而使它们更容易受到高频影响。随着数据速率增至甚至超出千兆范围,PCB印制线不能再被视为简单的导体。铜印制线的寄生电阻、电容和电感使其成为一条传输线,从而产生数字设计中通常不去考虑的各类高频效应。例如,由于集肤效应,信号的高频成分要比低频成分经历更大的衰减,从而导致信号失真。平行铜印制线之间的电感和电容会导致串扰,而大开关电流会导致接地反弹。误码率(BER)将会上升,因为更多比特将被解析为“0”或“1”。因此,为了确保信号完整性,需要对PCB印制线的传输线效应以及封装、连接器和电缆的频率响应进行全面分析。通过减少PCB原型设计与测量的大量迭代次数,精准的PCB级SPICE分析可节省时间和金钱。

图1显示了一个内存接口,它是多千兆芯片间通信的一个典型例子。相同的概念也适用于USB 3.0、HDMI、多千兆Ethernet设备等高速串行I/O。通信通道由芯片的I/O模型、封装、连接器及电缆的散射参数(S参数)模型以及印制线的损耗耦合传输线模型构成。I/O模型由芯片厂商提供。简单的I/O缓存器可以用IBIS模型精确表示。配备有源预加重和均衡功能的更加复杂的I/O电路通常采用经过加密的晶体管级HSPICE网表的形式,或者采用源于晶体管级表示的IBIS-AMI模型。作为晶体管级仿真的黄金参考模型,HSPICE使用经过晶圆厂认证的晶体管模型提供最为精确的I/O电路行为。不仅如此,大多数芯片厂商使用HSPICE来验证他们的IBIS和IBIS-AMI模型。因此,在电路板一级使用HSPICE最符合芯片厂商的意图。对于IBIS-AMI模型而言,HSPICE具备独特优势,除了逐比特和统计眼图模式之外,它还能在真正的瞬态模式下模拟这些模型。

图1:用于信号完整性分析的典型系统配置。
图1:用于信号完整性分析的典型系统配置。

PCB印制线的损耗耦合传输线可以采用多种方法提取,其中最简单的方法就是使用HSPICE W元件。W元件读入PCB的属性和平行印制线的尺寸,然后使用一个内置的2D解算器提取传输线响应。该模型能够精确表示与频率有关的损耗和耦合,而且不限制耦合线路的数量,可确保系统的被动性和因果关系。大多数PCB布局工具能够提取印制线几何图形,并在HSPICE网表中自动生成W元件模型。第三方准静态2.5D场解算器也可用于生成PCB印制线的宽带模型。取决于所使用的场解算器,这些模型能够以RLGC表的形式被插入到W元件中。对于关键布局,全波长解算器可用于提取PCB印制线的频率响应,即S参数,后者也可用作W元件的输入。

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多千兆系统? 仿真? 测试?

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