“当跑 28Gbps 甚至更高速度时,信号回路上的每个因素都要重视。”信号完整性专家 Eric Bogatin 博士(《信号完整性分析(Signal Integrity: Simplified)》作者)说道。信号速度小于 1Gbps 时,用有损传输线结合理想传输线模型就可以应对大部分的 PCB 仿真,但当信号速度越来越快,之前可以忽略的物理效应都需要在仿真中考虑进来,例如:自耦合、铜皮表面平整度(Copper surface roughness)、收发均衡优化(TX&RX EQ optimization)等。
把这些物理效应都考虑进来,仿真工具就变得越来越复杂,在一定程度上也越来越难用。不只是仿真时间变长,仿真开始之前的各种设置变得超级复杂,解读仿真结果也要花更多的时间。HyperLynx 或许是个例外,这个从出生就具备简单易用基因的板级电路仿真工具不断进化,精度越来越高,模型越来越准(二维电磁场解析器与三维电磁场解析器自动切换),但依然简单易用,速度飞快。
仿真模型复杂度与信号速度成正比
能够应对复杂 PCB 设计但仍保持快速的秘诀之一是 HyperLynx 具有的 2D 与 3D 混合仿真功能,HyperLynx 会根据 PCB 布局布线的复杂性自动对板上信号进行分割,简单结构采用 2D 模型来仿真,复杂结构采用 3D 模型来仿真,如果用户对某一局部特别重视,也可以手动将这部分设为 3D 模型。
HyperLynx 产品线总监 David Kohlmeier
Mentor Graphics HyperLynx 产品线总监 David Kohlmeier 认为,PCB 设计方法正在一个转折点上,现代高速 PCB 设计主要面临四大挑战:高速信道设计与分析、存储器接口在不断变化、电源分布网络越来越复杂以及全系统建模的需求。以 SEDES(高速串行总线,直译为串行编解码)为例,信号速度越高,设计冗余就越小。据 David Kohlmeier 介绍,同一组传输线,跑 6.25Gbps(例如 PCIe)信号,眼图张得很开,到 25Gbps(例如 100Gb 以太网)信号时眼图张开度已经很小,而跑 50Gbps 时,眼图就几乎完全闭合了。
高速 PCB 设计需要面对的挑战
为解决 SEDES 等技术普及给 PCB 设计带来的难度,新版 HyperLynx 提供了高级电磁场解析器(包括全波三维电磁场解析器,3D field solver),由于 HyperLynx 深度集成了 3D 引擎,所以用户不用牢记全波三维电磁场的知识就可以轻松使用,该工具通过分析信号和电源传输的几何结构,生成电磁端口,通过仿真得到 S 参数,然后将 S 参数整合到时域仿真。上述流程都是工具自动来完成的。
新版 HyperLynx 增加了多个引擎:两个 2.5D 解析器,据称是行业最快的直流压降仿真器与一个快速准静态 3D 解析器,所有这些功能都集成在 HyperLynx 统一的应用环境中,不需另外调用。
新版 HyperLynx 已经有很多成功的应用案例。DDRx 内存接口向导为设计师大大降低了设计存储器接口的难度,现在功能已经扩展到 DDR4 和 LPDDR4 接口;新版 HyperLynx 还成功地支持了行业内首次针对 100GbE 信号传输的通道操作冗余(Channel Operating Margin,简称 COM)协议商业实现,所有仿真细节全部自动化完成。
“HyperLynx 上手很快,可视化结果分析又非常方便,这使其成为辅助互连设计的强有力工具,使用 HyperLynx 是理解重要设计原理最有效的方法之一。”Eric Bogatin 说道。