SIwave：释放 SIwizard 求解器的强大功能

SIwave 是一种电源完整性和信号完整性工具。SIwizard 是 SIwave 中 SI 分析的主要工具，也是本博客的主题。

SIwizard 用于研究 RF、clock 和 control traces 的信号完整性。该工具允许用户进行瞬态分析、眼图分析和 BER 计算。用户可以将 IBIS 和 IBIS-AMI 模型添加到 TX 和 RX 端。SIwave 支持 NRZ 和 PAM4 信号。

 

图 1：SIwizard 求解器 4th图标

SIwave 不应用于构建 PCB。虽然这是可能的，但这不是使用 SIwave 的最佳方式。SIwave 可以导入以下类型的 CAD 文件：

 

图 2：SIwave 中的导入对话框

Allegro 和 Altium 的用户可以安装 Ansys EDB 转换器来生成 EDB 文件。对于使用 Orcad 的用户，建议使用 IPC-2581。使用 Mentor Expedition 的人应该使用 ODB++ 文件。对于 Cadence 用户，生成 BRD 文件并将其导入 3D 布局。为此，必须在同一台计算机上安装 Cadence，还必须安装 Extracta from Cadence，并且其位置应位于 Path 环境变量中。

SIwave 从 CAD 文件中提取大量信息，例如叠层、材料、组件和网络。因此，模型已准备好进行求解。

1. 差分线路

在启动 SIwizard 之前，请确保 SIwave 识别差分走线。从 Home 中，选择 differential 选项卡。

 

图 3：差分网络选项卡

如果它是空的，但用户确定模型中存在差分线，则单击自动识别。SIwave 将打开一个新对话框，并显示它使用什么符号来识别 _P 和 _N 的差分线。如果正确，请单击 auto-identify（自动识别）。如果不同，用户必须在对话框中更改它们。

 

图 4：差分网络自动识别对话框

单击自动识别后：

 

图 5：自动识别走线后的 Differential nets 选项卡

用户还可以手动选择两个网络，将鼠标移动到显示区域，右键单击，然后选择 Create Differential Pairs。

 

图 6：构建差分网络的替代方法

如果 DC 模块将差分线路分开，用户可以选择先将线路合并为扩展网络，然后从中创建差分线路。首先单击扩展选项卡，然后选择 auto-identify

 

图 7：扩展网络自动识别对话框

SIwave 将显示一个对话框，显示 SIwave 使用 R 来识别扩展网络。因此，任何两个名称相同但一个末尾有额外 R 的网络将被合并。

 

图 8：扩展网络自动识别对话框

创建扩展网络的另一种方法，特别是当网络有两个以上的网络时，是输入扩展网络的名称，然后单击 edit：

 

图 9：扩展网络选项卡

然后，从列表中选择可以连接的网络以创建扩展网络。

 

图 10：扩展网络：选择要加入的任何网络

另一种手动方法是，用户可以通过以下方式创建扩展网络：从 Single Ended 选项卡中选择单个网络，将鼠标移动到显示区域，右键单击，然后选择 Create Extended Net。

 

图 11：构建扩展网络的替代方法

现在，如果用户想将新的扩展网络更改为差分扩展网络，那么用户必须按照前面解释的相同步骤创建差分线。最好的方法是将 _P 和 _N 表示法与新的延长线一起使用，在差分选项卡中自动识别，然后让 SIwave 进行组合。

 

1. 设置求解器

单击 SIwizard 求解器。

在设置求解器之前，用户需要了解 SIwave 究竟会产生什么。它将在电子桌面中创建电路并完成所有设置。在 SIwave 中，求解器仅计算 s 参数框。然而，它使用用户提供的所有信息在 Electronic desktop 中构建和运行电路。让我们看看这是如何完成的。

 

图 12：示意图：使用 Eyesource 和 Eyeprobe

SIwave： DC、PI、SI 或辐射中的任何过程都从选择求解器开始。选择求解器后，SIwave 会生成一个看起来像表单的对话框。用户需要检查表单并填写缺失的信息。

例如，SIwave 使用模型中的所有现有跟踪填充对话框。可以选择一些行或解决所有行。请注意，此处 SIwave 仅选择跟踪。任何被归类为功率平面 SIwave 的东西都不会将其放入表格中。

现在，在表中，有四个类别：单一、差异、扩展和扩展差异。确保检查这四个类别并选择跟踪以对它们执行 SI。为简单起见，选择使用 8 条单线。

 

图 13：选择跟踪

选择下一步以显示 Set Drivers/Receivers 对话框。这些列的含义是什么？

 

图 14：定义激励：驱动器和接收器

• 第一列是单端网络的名称。即使线路是差分的，SIwave 仍显示单端名称。
• 第二列是第五列 Reference Designator 中提到的 component 中的引脚名称。
• 第三列 Expose 表示用户希望 SIwave 在跟踪的该端放置一个端口。通常，只有连接到分立器件或集成电路的末端会暴露出来。这并不意味着如果两端连接到 R、L 或 C，则它不能暴露。
• 第 5 列是第 5 列的部件号。因此，同一部分可以在电路中多次使用。每个指标都有自己的参考标号，如第 <> 列所述
• 第 6 列，其中用户指定此端是 driver 还是 receiver（如果选中了 expose 选项）。在一端，选择 Driver （驱动程序）;另一方面，选择 接收器.此信息将进入 circuit。SIwave 不使用此信息。
• 第 7 列是拐角，即如果用户添加了 IBIS 模型。这些通常与温度和电源电压条件有关。SIwave 在此处根据您的选择选择正确的数据集：Max、Min、...
• 第 8 列是 TX 或 RX 侧的 IBIS 模型。如果选中了一个选项，则用户还必须在第 9 列和第 10 列中指定选项。
• 第 12 列是 PKG RLC。如果您使用的是 IBIS 模型，并且希望将封装的 RLC 包含在 IBIS 模型中，这一点非常重要。
• 第 11 列是信号。用户可以选择 PRBS、clock、step 或随机 RPBS。在此列的正下方，有激发源框。单击 Manage sources（管理源）。请注意这四个选项。

 

图 15：定义信号

对于每个 API，用户需要指定

• 的电压 DDR4 它是 1.2伏
• 信号的类型，
• 如果是自定义 PRBS 或时钟，则为位列表，
• 种子（在定义 Bytes 时使用），
• 期间，
• 占空比，1 和 0 持续时间之间的比率，
• 比特率 /
• 延迟，
• 上升时间，在 DDR4-3200 中为 35ps
• 下降时间，与上升时间相同，最后
• Driver 的输入阻抗。

请注意，如果用户想要一个随机位序列 PRBS，请在种子字段中输入 RAND。

用户还可以添加更多源，但它们必须是以下四种类型之一：脉冲 PRBS、脉冲起始高电平、脉冲起始低电平或随机位序列。因此，可以添加具有不同数据速率或上升时间的 PRBS 信号。

返回设置 Driver 和 Receiver。有关信号的信息也进入 eye source 和 eye probe 定义中的电路中。

如果用户选择多行，则底部的选项将被激活。所以现在，用户可以一键更改多行。

对选择感到满意后，单击 Next 为接收方分配适当的终端：

 

图 16：定义接收器设置：Vtt 上拉电压。

• 第一列是比赛名称，
• 第二列是引脚号，
• 第 3 列是部件号，
• 第四列是参考指示符，
• 第 2 列是 SDR 应用使用的 Vtt，通常等于 VddQ/<>。它是上拉电压，
• 第 6 列是用于 SDR 应用的 Rvtt，它是上拉电阻器，
• 第 7 列是端接电阻，
• 第 8 列是端接分流电容。

与 SIwave 中的每个对话框一样，如果用户选择多行，则下半部分将被激活。

单击 Next。

以下对话框是 power plane 设置。在此对话框中，用户可以调整电源网络，为输入或输出处的走线中使用的元件供电。用户通常不需要更改任何内容，因为 SIwave 会填充所有条目。

 

图 17：电源平面设置

最后一步是求解器。

 

图 18：求解器设置

• 在第一行中输入解决方案的名称：SIwizard with no IBIS models。
• 在第二行中，如果选中，则 SIwave 不会生成原理图。
• 第三行，如果选中，SIwave 将在电子桌面中生成原理图。
• 第四行，如果用户希望 SIwave 包含用户定义的端口。这些端口是用户在 SIwizard 外部生成的，并希望它们包含在 s 参数中。类似于电源平面端口的接入点。
• 第 1 行是步长，这是最短上升时间的函数;5/<> 是最大值
• 第 6 行是 Stop time （停止时间）;通常，它是最长结构的函数。第 5 行和第 6 行用于瞬态求解器的定义。
• 第 7 行强制电子桌面中的瞬态求解器进行求解
• 第 8 行、第 9 行和第 10 行用于绘制结果。
• 第 11 行用于调用电子桌面中生成眼图的快速眼图求解器。
• 第 12 行是在完成快速眼睛求解器后绘制眼睛。同样，电路中使用了 11 号线和 12 号线。
• 第 13 行用于 SIwave 中的 s 参数求解器。SIwave 只对 s 参数进行求解。瞬态和快速眼是在电子桌面中完成的。
• 第 14 行和第 15 行用于确认 s 参数端口的参考阻抗。
  。

在第 13 行中，如果用户单击 edit（编辑），则会弹出 SYZ 求解器中解释的 s 参数求解器。请在此处观看 PI 求解器的视频，了解有关设置的更多信息。应该注意，最大频率与最小 Rise/Fall 时间有关。此外，请注意，如果用户单击其他求解器选项，则存在更多选项。

 

图 19：S 参数求解器设置

 

图 20：精度与速度设置

返回 transient solver 设置，然后按 OK

添加 IBIS 模型并使用 IBIS 模型将解决方案 SIwizard 命名为 SIwizard 后，重复相同的步骤。这样，用户就可以看到两者之间的区别。

1. 解决 方案
   • 瞬态解决方案

第一个结果来自瞬态求解器。瞬态求解器绘制用户要求的内容，当然，对于所选走线，Driver 和 Receiver 处的电压。请注意，在图中，p-p 电压是 1.2 伏特的一半。这是因为该电路充当电源和负载之间的功率分压器。因此，在设置中，始终输入两倍的电压。

 

图 21：瞬态响应 PRBS 信号

如果用户没有进行眼图分析的许可证，则用户始终可以使用瞬态求解器生成眼图。执行瞬态操作后，选择 Results->Create eye diagram report->Rectangular plot-。将解决方案保留在 Transient 上，但将单位间隔更改为 1 位的间隔。

 

 

图 22：从瞬态求解器生成眼图

•  Quick Eye 解决方案

第二个结果来自 Quick Eye。用户可以从快速眼图求解器中绘制三种类型的眼图。请注意，需要选择要绘制的探针。

• 结果->创建眼图报告->矩形图

• 可以添加眼睛信息和度量
• 是时间间隔的函数
• 显示信号形状的 10 倍于 Transient 求解器中指定的周期。
• 添加掩码：双击图形，再次选择 Mask （掩码）、Edit（编辑）、Edit（编辑），然后在电压和时间中输入掩码。
  
  图 23： 结果->创建眼图报告->矩形图
  
  
  图 24：眼图：结果->创建眼图报告->矩形图

  

  

  
   
• 结果->创建 眼图 报表-> 堆叠眼图：
  • 可以添加眼睛信息和度量
  • 是时间间隔的函数
  • 无法添加蒙版
  • 眼睛测量值在侧面自动生成

 

图 25：眼图：结果->创建眼图报告->堆叠眼图图

• 结果->创建统计眼图 - >统计眼图
  • 可以添加眼睛信息和度量
  • 是单位间隔的函数
  • 可以添加所有眼睛信息
  • 可以添加掩码：双击图表，再次选择 Mask， Edit， Edit，然后以电压和单位间隔输入掩码。

  

   

  图 26：眼图：结果->创建统计眼图 - >统计眼图

• Verify Eye 解决方案

如果用户添加了 Verify Eye 求解器，则第三个结果可用。然后，用户可以绘制 Bathtub 结果。用户可以从浴缸中确定特定 BER 的眼宽。只需选择 y 标记并将 y 值设置为所需的 BER。

Results->Create Standard Report->Rectangular Plot->Bathtub

• Can add a Y-marker to detect the eye-opening at any level (the Y-axis is the BER level)
• Can also add a limit line
   

  

  Figure 27:  Eye Bathtub from VerifyEye

• Vtt 模型

将 Vtt 和 Rvtt 添加到设置中。如前所述，当您没有 IBIS 模型并且迹线用于 SRD 而不是 DDR 时，会使用此设置。电路如下所示。

 

图 28：原理图：使用 Eyesource 和 Eyeprobe 和 Vtt 电路

这就是结果。完全不同。

 

图 29：眼图：结果 - >创建 眼图 报告 - >矩形图

• IBIS 模型

添加 IBIS 模型后，电路将更改为在 Ansys 电路中包含 IBIS 组件。请注意，对于这些组件，用户仍然需要拥有 eye source 和 eye probe。

 

图 30：在激励定义中输入 IBIS 模型

如果用户想要使用 Quickeye 和 Verifyeye 解算器，则眼睛源和眼睛探针就在那里。但是，Eyesource 内部的设置是错误的，因为它没有被使用。有关信号的所有信息都来自 IBIS 模型。

 

 

图 31：原理图：使用 IBIS 模型

打开 IBIS 模型的对话框。

 

图 32：IBIS 模型对话框

• 文件名
• 文件名中使用的模型，在本例中选择 HSTL （high-speed transceiver logic）
• 键入角：是 typical、min、max 还是其他任何内容？这些是 IBIS 文件中的选项。
• 电源来自 IBIS 文件本身，而不是来自 Eyesource（内部）
• Buffer：输入 Rx、输出 Tx 或输入-输出。记录在 IBIS 文件中，用户无法更改它。对于 input-output，则在下面的 buffer_mode中，用户必须指定哪一个：input 或 output。
• 极性，反相或非反相
• 文件中的 Pin-name
• 组件名称
• 封装选择器（Pin/Package/None）：在 IBIS 文件中，有两个部分，[Package] 部分和 [PIN] 部分。Package 具有传统的 R_pkg、 L_pkg 和 C_pkg。Pin 1 是 pin 名称的列表
• 探针芯片侧：
• Die Side Node Prefix（晶片侧节点前缀）：如果晶粒引脚的名称中包含任何前缀。
• Buffer_mode：当缓冲区为 input-output 时使用。
• Logic_in 以用户输入 Eyesource 引脚的名称。如果设置为 internal，则用户需要转到 Bits 选项卡并输入信号的定义。
• Out-of-in（输出输入）：
   

  

   

  

  
   

图 33：IBIS 文件：[package] 和 [pin] 部分

如果用户选择使用内部源而不是 eye 源，则 Bits 选项卡中会出现一个类似于 eye 源中的对话框。

 

 

Figure 34: Bits tab with and without Eyesource

If the IBIS file has more options, then activate show hidden, and the user can have more items to select.

 

图 35：具有更多选项的 IBIS 模型对话框

结果如下：

 

图 36：使用 IBIS 模型：结果 - >创建眼图报告 - >矩形图