シグナルインテグリティにおける SIwave と Sigrity

1. 基本的な紹介

この論文のシミュレーション対象は、NXP の公式 Web サイトにある i.MX8QXP 開発ボードです。 (i.MX 8プロセッサフ​​ァミリーは高度に統合されており、産業用制御、スマートシティ、スマートホーム、自動車エレクトロニクスなどで広く使用されているインフィニオンの代表的な製品です。グラフィックス、ビデオ、画像処理、オーディオ、音声機能をサポートでき、セキュリティ認証と高いエネルギー効率の面でのニーズを満たすことができます。)

全体的な PCB レイアウトを次の図に示します。オレンジ色のボックスでマークされた MCU-DRAM-VRM システムがこのペーパーの主なシミュレーション オブジェクトであり、ターゲット信号は LPDDR4 信号です。

図 2 の回路図 (赤いボックス) からわかるように、ターゲット IC デザインには 4 つのデータ信号グループが含まれています。シミュレーション用の 4 つのデータ信号グループについて、アドレス ラインのシミュレーション方法は同じであるため、この文書では繰り返しません。 (DDR 信号仕様によると、信号の最速レートでの DRAM システム全体のデータ信号、その後にアドレス信号がネットワークのシミュレーションとテストに重点を置きます。シミュレーション プロセス全体が JEDEC 標準仕様要件を参照する必要があるため、DDR 信号仕様をある程度理解しておく必要があります。読者は、私の以前の関連 DDR4 の紹介を参照できるかどうかを知りません。ANSYS for DDR4 シミュレーションを使用します。)

PCB セットアップの一貫性を確保し、Siwave と Sigrity の両方で同じスタック セットアップが使用されることを保証するためのシミュレーション スタック セットアップを図 3 に示します。

図 3、PCB スタッキングのセットアップ

DDR のシミュレーションでは、Siwave と Sigrity は全体的なプロセスが似ています。Siwave は PCB の S- パラメータを独自に抽出し、シミュレーション用に Circuit でシステム回路を構築します。 Sigrity は、Power SI によって PCB の S- パラメータを抽出し、シミュレーションのために System SI でシステム回路を構築します。 Sigrity は、Power SI によって PCB の S- パラメータを抽出し、シミュレーションのために System SI でシステム回路を構築します。そして、Sigrity は SI 内にシステム回路を構築します。一方、SIgrity は、Power SI を介して PCB から S- パラメータを抽出し、シミュレーションのために System SI でシステム回路を構築します。

2.1 相違点の表示

Siwave が Circuit に統合されると、回路全体のトポロジーが明確に定義され、主要な情報がほぼ完全にメイン ビューポートに反映されます。

Sigrity のシステム インターフェイスのメイン ウィンドウは、ユーザーが適切なアイコンをダブルクリックして回路を編集する必要があるのに比べて、より簡潔であり、二次インターフェイスにはより多くの情報が隠されています。

2.2 シミュレーション結果の処理の違い

Siwave を使用する場合、ユーザーはシミュレーション結果を呼び出す必要があり、アイ ダイアグラムのエクスポートでは UI 時間を手動で設定する必要があります。また、ドライブ パラメータや信号レートなどを再編集する場合、元の結果はクリアされますが、保持したい場合は手動でコピーする必要があります。つまり、手動部分の操作の全体的なプロセスはもう少しかかります。

逆に、Sigrity を使用すると、シミュレーション結果が自動的に生成され、アイ ダイアグラムなどの一般的な結果の表示もより自動化され、ユーザーがドライブ パラメーターや信号レートなどを繰り返し編集したときに、ソフトウェアが各シミュレーションの結果を自動的に保存することもできます。つまり、プロセス全体がより自動化されます。

2.3 前処理の違い-

Siwave は統合度が高いため、モデルの前処理がより包括的であり、S-パラメータの準拠性チェック、IBIS モデルのチェック、修復、再編集など、ANSYS eDesktop の機能を最大限に活用できます。個人的には、Siwave の方がよりプロフェッショナルだと思います。{0}したがって、個人的にはより専門的であると思います。

図 9、Siwave による IBIS モデルの処理

2.4 ドライバコードの種類の違い

Siwave と Sigrity には、ドライバー コードの種類の点でいくつかの違いがあります。このうち、Siwave のデフォルトは PRBS コード タイプであり、各ネットワーク コード タイプはシステムによってランダムに生成されるように設定できます。

Sigrity はドライバー パターンのセットアップは似ていますが、チャンネル検出の追加機能があり、チャンネル応答特性に基づいて「最悪の場合」のドライバー パターンを生成できます。この点は主に PDN の SSN 効果を考慮しており、Larry Smith (Qualcomm PI チーフ エキスパート) の記事によると、特定のコード タイプのドライブ内のシステムがトリガーされて、システムのクラッシュを引き起こす可能性があり、この現象はローグ ウェーブとして定義されています。この観点からすると、DDR システムの堅牢性をテストするには、WORST CASE の方が便利です。

図 13、Byte0 の結果の比較

図 15、Byte2 の結果の比較

図 17、Byte0 の結果の比較

図 19、Byte2 の結果の比較

4.1 IBISモデル

Wei{0}} 氏（SPISim USA の主席コンサルタント、後に ANSYS に買収）によるブログ投稿によると、IBIS モデルの使用には周波数の上限があり、これを超えるとバッファが立ち上がり、立ち下がり、またはその両方の間の遷移を完了するのに十分な時間が足りなくなります。この状況は、シミュレーション プロセスの不連続性、不具合、さらには非収束を引き起こす可能性があります。-この現象をオーバークロックと定義します。

オーバークロックは、NXP の Web サイトで提供される MCU モデルに存在します。 DDR ドライバーの波形を開くと、立ち上がりエッジの長さが 10ns に達しており、最小コード幅 4.266Gbps を大幅に超えていることがわかります。

Siwave は、より高い周波数の要件を満たすために波形幅部分のトリミングを最大化するために、IBIS モデル前処理機能を内部に統合しています。以下の図からわかるように、最適化された波形の立ち上がりエッジ幅は 800ps 未満に減少しています。

IBIS モデル チェック機能も Sigrity に含まれており、コンプライアンスをチェックします。ただし、チェックのみに限定されており、処理のためにさらに最適化された部分は検出されません。書き込みモードで 2 つの結果に大きな違いがあるのはこのためです。

4.2 S-パラメータモデル

Sigrity を使用すると、その Power Si の S- パラメータ モデルの生成において状況が収束しないことがわかりました。-、比較のために 2 つのシミュレーションの結果を一緒にすると、明らかな非受動性状況が存在することがわかります。-なぜこのような状況が起こるのか、著者にはわかりません。この問題に詳しい教師がこの質問に答えてくれることを願っています。

複雑な DDR シミュレーション結果の場合、JEDEC 標準ドキュメントに準拠しているかどうかを 1 つずつチェックするのは面倒な作業です。 Siwave と Sigrity は、成熟した商用ソフトウェアとして、両方とも完全なレポート生成機能を備えています。 -組み込みのレポート生成機能は、シミュレーション結果を自動的にチェックしてコンプライアンス レポートを出力することで、この部分の作業を大幅に簡素化します。
対照的に、Siwave のレポート生成機能はより複雑で、対応するシミュレーション レポートを取得するために、ユーザーは結果信号の再定義に移動する必要があります。同時に、Siwave のシミュレーション レポートにはスタッキング情報、デカップリング コンデンサ情報、モデル ドライバの設定などの重要な情報が不足しており、結果ドキュメントのウェブページ形式を再度開いて波形を表示することはできません。{0}}

図 26、Siwave コンプライアンス レポート (部分的なスクリーンショット)

Sigrity のレポート生成は比較的簡単で便利です。ユーザーは信号間の関係を再定義する必要はなく、いくつかの簡単な手順を実行するだけで、信号波形を含む完全な結果ファイルを取得できます。これは Siwave に比べて非常にユーザーフレンドリーです。-

図 28、Sigrity コンプライアンス レポート (部分的なスクリーンショット)