كتالوج
1. مقدمة أساسية
2. مقارنة عمليات المحاكاة
2.1. الاختلافات في وجهات النظر
2.2. الاختلافات في معالجة نتائج المحاكاة
2.3. الاختلافات في -المعالجة المسبقة
2.4. الاختلافات في أنواع رموز القيادة
3. مقارنة النتائج
3.1. قراءة العملية
3.2. كتابة العمليات
4. معالجة النموذج
4.1. نموذج ايبيس
4.2. S-نموذج المعلمة
5. إنشاء التقارير
6. ملخص
هناك العديد من أدوات محاكاة الإشارات عالية السرعة-، وأهمها التي تحتوي على مجموعات كبيرة من المستخدمين هي Sigrity، وSiwave، وHyperlynx، وADS، وCST، وما إلى ذلك. كل أداة لها تقنية سوداء خاصة بها، وهي تتطور بشكل عام نحو هدف المزيد من الدقة والكفاءة والراحة.
تقارن هذه المقالة الاختلافات بين Siwave وSigrity في محاكاة SI، وبالنسبة للمستخدمين المبتدئين، يمكن اختيار أحدهما باعتباره الخيار السهل للبدء. المؤلف نفسه أكثر مهارة في التعامل مع Siwave، ويتم استخدام Sigrity فقط كمرجع يومي للمقارنة.
1. المقدمة الأساسية
موضوع المحاكاة في هذه الورقة هو لوحة تطوير i.MX8QXP الموجودة على الموقع الرسمي لـ NXP. (إن عائلة معالجات i.MX 8 متكاملة للغاية وهي منتج تمثيلي للغاية لشركة Infineon، والتي تستخدم على نطاق واسع في التحكم الصناعي، والمدينة الذكية، والمنزل الذكي، وإلكترونيات السيارات، وما إلى ذلك. ويمكنها دعم وظائف الرسومات والفيديو ومعالجة الصور والصوت والصوت، ويمكنها تلبية الاحتياجات فيما يتعلق بالمصادقة الأمنية وكفاءة الطاقة العالية.)
يظهر تخطيط PCB ككل في الشكل التالي، ونظام MCU-DRAM-VRM المميز بالمربع البرتقالي هو كائن المحاكاة الرئيسي في هذه الورقة، والإشارة المستهدفة هي إشارة LPDDR4.
الشكل . 1 منظر عام للوحة التطوير PCB
كما يتبين من الرسم التخطيطي في الشكل 2 (المربع الأحمر)، يحتوي تصميم IC المستهدف على أربع مجموعات من إشارات البيانات، في المجموعات الأربع من إشارات البيانات للمحاكاة، فإن طريقة محاكاة سطر العنوان هي نفسها، لذلك لن تتكرر هذه الورقة. (وفقًا لمواصفات إشارة DDR، فإن إشارة البيانات لنظام DRAM بأكمله بأسرع معدل للإشارة، تليها إشارة العنوان، هي محاكاة وتركيز اختبار على الشبكة، لأن عملية المحاكاة بأكملها تحتاج إلى الرجوع إلى متطلبات المواصفات القياسية JEDEC، لذلك تحتاج إلى فهم معين لمواصفات إشارة DDR، لا أعرف أنه يمكن للقارئ البحث عن مقدمتي السابقة لـ DDR4 ذات الصلة باستخدام ANSYS لمحاكاة DDR4.)
الشكل 2: قسم DDR في مخطط لوحة التطوير
يظهر الشكل 3 إعداد مكدس المحاكاة للتأكد من اتساق إعداد PCB واستخدام نفس إعداد المكدس لكل من Siwave وSigrity.
الشكل 3، إعداد التراص ثنائي الفينيل متعدد الكلور
نظرًا لأخذ تأثير إشارة SSN في الاعتبار في المحاكاة، يجب أخذ تأثير PDN في الاعتبار في نفس الوقت، ويتم تعيين معلمات الجهاز بشكل موحد وفقًا للجدول التالي لتحقيق الاتساق.
| المعلمة النموذجية | رقم البت | سعة |
| 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 |
الجدول 1، قائمة معلمات مكثف شبكة الطاقة
مرة أخرى، ولأغراض المقارنة، يتم تعيين محرك الجهاز ومعلمات الاستقبال داخل Siwave وSigrity وفقًا للجدول أدناه.
| وضع | بنسلفانياكبشeter | قيمة |
| يقرأ | عدد كبير من ذاكرة الوصول العشوائي | PD60-ODT40-VOH30 |
| شركة نفط الجنوب | ODT-60 أوم | |
| ريte | مسار SOC | 80 أوم |
| درهم | ODT-40 أوم |
الجدول 2، جدول إعداد معلمة برنامج تشغيل الجهاز
أخيرًا، يمكننا تقديم برنامجين بإيجاز لتسهيل قيام المبتدئين باختياراتهم الخاصة.
(1) Siwave هو برنامج تم إصداره بواسطة ANSYS، وهو مضمن في ANSYSElectronics Desktop (المعروف أيضًا باسم "Electronics Desktop")، Electronics Desktop مخصص بشكل أساسي للمحاكاة الكهروديناميكية، ويمكنه تلبية احتياجات جميع أنواع المحاكاة من DC إلى نطاق تيراهيرتز. يتم استخدام الوحدات الثلاث Siwave وCircuit وHFSS 3D بشكل أساسي للتعامل مع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور واحتياجات محاكاة الدوائر المقابلة -ثنائي الفينيل متعدد الكلور-. من بين ميزات البرنامج، تعد محاكاة سلامة الإشارة واحدة فقط من الإمكانات العديدة لسطح المكتب الإلكتروني ANSYS، بالإضافة إلى محاكاة إلكترونيات الطاقة، ومحاكاة الترددات اللاسلكية والهوائي، ومحاكاة المكونات المغناطيسية، ومحاكاة مشتركة للمجالات الفيزيائية المتعددة-. يعد ANSYS خيارًا جيدًا إذا كان لدى المستخدمين احتياجات محاكاة أكثر تعقيدًا وتنوعًا. لسوء الحظ، لا يحتوي ANSYS على أداة تخطيط، مما يؤدي إلى احتياجات محاكاة ثنائي الفينيل متعدد الكلور للتعامل مع الحاجة إلى استخدام Cadence وشركات EDA الأخرى لتنفيذ بعض أعمال المعالجة المسبقة لثنائي الفينيل متعدد الكلور-، والتي تكون في تحسين ثنائي الفينيل متعدد الكلور أقل ملاءمة بكثير من برنامج المحاكاة الذي يأتي مع أداة التخطيط.
(2) Sigrity هو نتاج الإيقاع. بالإضافة إلى أدوات تصميم الشرائح عالية الجودة، نستخدم عادةً حزم برامج Cadence بشكل أساسي Orcad وAllegro، بالإضافة إلى Pspice وSigrity. وظائف Orcad و Allegro التي نعرفها جميعًا، بشكل أساسي التخطيطي والتخطيط، وأدوات محاكاة دائرة Pspice، وSigrity لأدوات محاكاة PCB. Sigrity هي أداة محاكاة PCB تحتوي على System SI وPower SI وPower DC ووحدات أخرى لتلبية احتياجات محاكاة PCB لتحليل الإشارة والطاقة واحتياجات التصميم والمحاكاة. SIgrity وSIwave متشابهان جدًا في الخوارزميات، وكلاهما يستخدم خوارزمية هجينة تتضمن FEM وطريقة اللحظات وطريقة خط النقل. كما ترون هنا، لا تستطيع شركة Cadence، الشركة التي تقف وراء Sigrity، التعامل مع احتياجات محاكاة EMF المعقدة، ولكنها تتمتع بسلطة في التخطيط وCAD. ومن تكلفة التعلم، من الأسهل أن تبدأ Sigrity بالمزيد من المعلومات النسبية.
2. مقارنة تدفق المحاكاة
في محاكاة DDR، لدى Siwave وSigrity عملية شاملة مماثلة: يقوم Siwave باستخراج معلمات S- من PCB بنفسه، ثم يقوم ببناء دوائر النظام في الدائرة للمحاكاة؛ يقوم Sigrity باستخراج معلمات S- من PCB بواسطة Power SI، ثم يقوم ببناء دوائر النظام في System SI للمحاكاة؛ يقوم Sigrity باستخراج معلمات S- من PCB بواسطة Power SI، ثم يقوم ببناء دوائر النظام في System SI للمحاكاة؛ ويقوم Sigrity ببناء دوائر النظام في SI. من ناحية أخرى، تستخرج SIgrity معلمات S- من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عبر Power SI ثم تقوم ببناء دوائر النظام في System SI للمحاكاة.
2.1 عرض الاختلافات
بعد دمج Siwave في الدائرة، يتم تحديد طوبولوجيا الدائرة الشاملة بوضوح، وتنعكس المعلومات الأساسية بالكامل تقريبًا في منفذ العرض الرئيسي.
الشكل . 4، طوبولوجيا محاكاة DDR المضمنة في الدائرة
تعد النافذة الرئيسية لواجهة نظام Sigrity أكثر إيجازًا مقارنة باحتياجات المستخدم لتحرير الدوائر، وهو ما يجب القيام به عن طريق النقر المزدوج على الأيقونة المناسبة، مع إخفاء المزيد من المعلومات في الواجهة الثانوية.
الشكل 5: طوبولوجيا محاكاة DDR المدمجة في Sigrity
2.2 الاختلافات في معالجة نتائج المحاكاة
عند استخدام Siwave، يحتاج المستخدم إلى استدعاء نتائج المحاكاة، وفي تصدير مخطط العين، يجب ضبط وقت واجهة المستخدم يدويًا، وفي معلمات محرك الأقراص، ومعدل الإشارة، وما إلى ذلك. أعد -التحرير، وسيتم مسح النتائج الأصلية، إذا كنت تريد الاحتفاظ بها، فيجب نسخها يدويًا، باختصار، العملية الشاملة لتشغيل الجزء اليدوي أكثر من ذلك بقليل.
الشكل . 6، واجهة نتائج محاكاة الدائرة
على العكس من ذلك، عند استخدام Sigrity، يتم إنشاء نتائج المحاكاة تلقائيًا، ويكون عرض النتائج الشائعة مثل مخططات العين أكثر آلية أيضًا، ويمكن للبرنامج أيضًا حفظ نتائج كل محاكاة تلقائيًا عندما يقوم المستخدم بإجراء تعديلات متكررة على معلمات محرك الأقراص ومعدل الإشارة وما إلى ذلك. وهذا يعني أن العملية برمتها أكثر تلقائية.
الشكل 7: واجهة نتيجة محاكاة نظام SI
2.3 الاختلافات في المعالجة المسبقة-.
يعد Siwave أكثر شمولاً في المعالجة المسبقة للنموذج بسبب درجة التكامل العالية التي يتمتع بها، والتي تعطي فرصة كاملة لقوة ANSYS eDesktop، بما في ذلك التحقق من توافق المعلمة S-، والتحقق من نموذج IBIS، والإصلاح،-، وما إلى ذلك. شخصيًا، أعتقد أنه أكثر احترافية. ولذلك، أنا شخصيا أعتقد أنه أكثر احترافا.
الشكل . 8، معالجة Siwave لنماذج المعلمات S-
الشكل 9، معالجة Siwave لنموذج IBIS
الشكل 10، أداة نمذجة IBIS الخاصة بشركة Cadence
2.4 الاختلافات في أنواع رموز السائق
هناك بعض الاختلافات بين Siwave وSigrity من حيث أنواع رموز برامج التشغيل. من بينها، يتم تعيين Siwave افتراضيًا على نوع كود PRBS، ويمكن ضبط كل نوع من أنواع كود الشبكة ليتم إنشاؤه بشكل عشوائي بواسطة النظام.
الشكل 11: واجهة إعداد نوع الكود في Siwave
Sigrity مشابه في إعداد نمط برنامج التشغيل، ولكن مع الوظيفة الإضافية لاكتشاف القناة، والتي يمكن أن تولد نمط برنامج تشغيل "أسوأ حالة" استنادًا إلى خصائص استجابة القناة. تأخذ هذه النقطة في الاعتبار بشكل أساسي تأثير SSN لـ PDN، وفقًا لمقالة Larry Smith (كبير خبراء Qualcomm PI)، يمكن تشغيل النظام في محرك أقراص من نوع رمز معين، للتسبب في تعطل النظام للاندفاع، ويتم تعريف هذه الظاهرة على أنها موجة مارقة. من وجهة النظر هذه، تعتبر الحالة الأسوأ طريقة أكثر ملاءمة لاختبار قوة نظام DDR.
الشكل 12، أداة توليد كود سيجريتي
3. مقارنة النتائج
تم ضبط معدل الإشارة على 4.266 جيجابت في الثانية ويتم الحصول على النتائج عن طريق المحاكاة على التوالي.
3.1 قراءة العملية
يمكن ملاحظة أن نتائج الأداتين في عملية القراءة هي نفسها بشكل أساسي، وهناك بعض الاختلافات في تفاصيل الشكل الموجي، مثل أن ارتفاع عين شكل موجة Sigrity أصغر قليلاً من نتائج Siwave. شخصيًا، أعتقد أن السبب الرئيسي هو وجود بعض الاختلافات بين الأداتين في معالجة بيانات نموذج IBIS. (لماذا لا يكون الاختلاف في نتائج معلمة S-؟ السبب في ما يلي.)
الشكل 13، مقارنة نتائج Byte0
الشكل 14، مقارنة نتائج Byte1
الشكل 15، مقارنة نتائج Byte2
الشكل 16، مقارنة نتائج Byte3
3.2 عملية الكتابة
في نتائج عملية الكتابة، هناك فرق كبير بين الاثنين، حيث حققت Siwave نتائج أفضل بكثير من Sigrity، التي تتميز بتناسق اتساع عالي المستوى ضعيف جدًا، مما يؤدي إلى "جفن" أكثر سمكًا بشكل ملحوظ من نتائج Siwave.
الشكل 17، مقارنة نتائج Byte0
الشكل 18، مقارنة نتائج Byte1
الشكل 19، مقارنة نتائج Byte2
الشكل 20، مقارنة نتائج Byte3
4. تجهيز النموذج
4.1 نموذج إيبيس
وفقًا لمقالة مدونة بواسطة Wei-}Weihsing Huang (الاستشاري الرئيسي لشركة SPISim USA، التي استحوذت عليها ANSYS لاحقًا)، يوجد حد تردد أعلى لاستخدام نموذج IBIS، والذي لن يتوفر بعد تجاوزه الوقت الكافي للمخزن المؤقت لإكمال التحولات بين الارتفاع أو الانخفاض أو كليهما. يمكن أن يؤدي هذا الموقف إلى انقطاعات أو خلل أو حتى عدم-تقارب في عملية المحاكاة. نحن نحدد هذه الظاهرة بأنها رفع تردد التشغيل.
رفع تردد التشغيل موجود في نموذج MCU المقدم من موقع NXP. عند فتح الشكل الموجي لبرنامج تشغيل DDR، يمكننا أن نرى أن طول الحافة الصاعدة قد وصل إلى 10ns، وهو ما يتجاوز بشكل خطير الحد الأدنى لعرض الكود وهو 4.266 جيجابت في الثانية.
قامت Siwave بدمج وظيفة المعالجة المسبقة لنموذج IBIS بالداخل لتحقيق أقصى قدر من التشذيب لجزء عرض الشكل الموجي لتلبية متطلبات التردد الأعلى. كما هو موضح في الشكل أدناه، تم تقليل عرض الحافة الصاعدة لشكل الموجة المحسّن إلى أقل من 800ps.
يتم أيضًا تضمين وظيفة التحقق من نموذج IBIS في Sigrity وسوف تتحقق من الامتثال. ومع ذلك، يقتصر الأمر على الفحص فقط ولا يتم العثور على الأجزاء التي تم تحسينها بشكل أكبر للمعالجة. ولهذا السبب يوجد اختلاف كبير في النتائج بين الاثنين في وضع الكتابة.
الشكل 23، وظيفة التحقق من نموذج IBIS في Sigrity
4.2 نموذج المعلمة -S
في استخدام Sigrity، وجدت أن Power Si الخاص به في توليد نموذج المعلمة S-يوجد عدم تقارب للموقف-، ونتائج المحاكاة معًا للمقارنة، يمكنك أن ترى أنه في أحد الأوقات يكون هناك موقف غير سلبي واضح. المؤلف غير متأكد من سبب حدوث هذا الموقف، وآمل أن يتمكن المعلمون الذين يعرفون ذلك من الإجابة على هذا الاستفسار.
الشكل . 24، مقارنة معلمات S- التي تم الحصول عليها من عمليتي محاكاة لـ PowerSI
5. إنشاء التقرير
بالنسبة لنتائج محاكاة نزع السلاح والتسريح وإعادة الدمج المعقدة، يعد التحقق من مستندات JEDEC القياسية للتأكد من امتثالها واحدًا تلو الآخر مهمة شاقة. يتمتع كل من Siwave وSigrity، باعتبارهما برنامجين تجاريين ناضجين، بوظائف كاملة لإنشاء التقارير. تعمل وظيفة إنشاء التقرير- المضمنة على تبسيط هذا الجزء من العمل إلى حد كبير عن طريق التحقق تلقائيًا من نتائج المحاكاة وإخراج تقرير الامتثال.
في المقابل، تعد وظيفة إنشاء تقرير Siwave أكثر تعقيدًا، ويحتاج المستخدمون إلى الانتقال إلى إعادة تعريف إشارة النتيجة، من أجل الحصول على تقرير المحاكاة المقابل، وفي الوقت نفسه، يفتقر تقرير محاكاة Siwave إلى المعلومات الأساسية مثل تكديس المعلومات، وفصل معلومات المكثف، وإعدادات برنامج تشغيل النموذج، ولا يمكن إعادة فتح تنسيق صفحة الويب لمستند النتيجة-لعرض الشكل الموجي.
الشكل 25، تقرير الامتثال لشركة Siwave (لقطة شاشة جزئية)
الشكل 26، تقرير الامتثال لشركة Siwave (لقطة شاشة جزئية)
يعد إنشاء تقرير Sigrity أمرًا سهلاً ومريحًا نسبيًا. لا يحتاج المستخدمون إلى إعادة تعريف العلاقة بين الإشارات، ولكنهم يحتاجون فقط إلى بضع خطوات بسيطة للحصول على ملف نتيجة كامل بأشكال موجية للإشارة. يعد هذا سهل الاستخدام للغاية-مقارنة بـ Siwave.
الشكل 27، تقرير الامتثال لـ Sigrity (لقطة شاشة جزئية)
الشكل 28، تقرير الامتثال لـ Sigrity (لقطة شاشة جزئية)
6. ملخص
ومن خلال مقارنة بسيطة-بجانب-جانب، يمكننا أن نرى أن أدوات محاكاة SI التجارية الرئيسية يمكنها تلبية معظم احتياجات المحاكاة. ومع ذلك، في هذه المرحلة، لا يمكن لأحد أن يكون مثاليا. للاستفادة الكاملة من قيمة SI في عملية تطوير المنتج، يحتاج المستخدمون إلى التغلب على أوجه القصور في البرنامج.