HyperLynx（十二）BoardSim和PCB板级仿真分析（三）

1.使用曼哈顿布线进行BoardSim仿真
2.快速分析整板的串扰强度
3.交互式串扰仿真
4.Gbit信号仿真

1.使用曼哈顿布线进行BoardSim仿真
前面讲述的分析，都是在已布线的PCB上进行的。实际上，对PCB进行信号完整性、串扰、EMC分析不一定要求在物理布线之后进行。BoardSim具有曼哈顿布线功能，可以自动地按照一定的规则为没有实际布线的网络自动进行连接，并且依据这个拓扑进行仿真分析。通过对结果的分析，可以为实际的布线提供一些依据。
打开软件加载文件“…\hyperlynx\DemoFiles\DemoUnrouted.HYP”，此例是一个没有布线的PCB。

在编辑菜单中，使用曼哈顿布线连接网络：

出现如图所示的设置对话框：

在此对话框的左上角，选择要进行Manhattan布线的网络，可以选择以下选项。
All unrouted nets:除电源外的所有未布线网络。
Selected nets only:选中的网络。
Selected nets and associated nets:选中的网络及与其相关联的网络。

在窗口右侧的“Routing criteria”栏中，选中“Specify Manhattan multiplier”选项，在“Multiplier”栏中，指定Manhattan因子;在“Laver”列表中，选择布线层;在“Width”
栏中，指定布线宽度。设置完成后，单击“ConnectNet(s)”按钮，开始布线，然后单击
“Close”按钮，关闭该对话框，则进行Manhattan布线后的PCB如图所示：

按照前面的操作步骤对其进行仿真，仿真报告如下所示：

报告中出现多个严重警告信息，这些信息可以指导我们进一步修改PCB布局，从而提高PCB的设计质量。

2.快速分析整板的串扰强度

（1）对整板运行批处理仿真
在HyperLynx的菜单栏中选择“File”→“OpenBoard”命令，或者单击工具栏中的“Open BoardSim Board”图标，打开文件“…\hyperlynx\Demo_Files\Demo2.hyp”，如图所示找到改文件：

在菜单栏中选择“Simulate SI”→“Run Generic Batch Simulation(Batch-Mode Wizard)”命令，打开“Batch Mode Setup-Overview”对话框。在对话框中，仅选中“Show crosstalk strength es timates,sorted by largest crosstalk value”选项，关闭其他所有选项，如图所示：

单击“下一步”按钮，打开“Batch Mode Setup-Set Delay and Transmission-Line Options对话框，在此对话框中将电气阈值改为50mV，如图所示

单击“下一步”按钮，进入“Batch ModeSetup-Default IC ModelSettings”对话框，此处采用默认的IC特性设置，如图9.1.4所示：

单击“下一步”按钮，在接下来的几个对话框中，均采用其默认设置，直至完成，HyperLynx自动打开报告文件，如图所示：

在报告文件中，将串扰强度超过阈值的网络按串扰强度的大小顺序排列，并在各网络的下面列出产生串扰的入侵网络，这就为以后进行交互式串扰分析提供了依据。

（2）对指定网络运行批处理仿真
在对整板运行过批处理仿真后，可以找出所有串扰强度超过阈值的网络。如果对一些问题比较严重的重要网络进行详细分析，则可再次对这些网络运行批处理仿真。
单击工具栏中的“Run Generic Batch Simulation(Batch-ModeWizard)”图标田，打开“Batch Mode Setup-Overview”对话框。在此对话框的“Detailedsimulations”栏中，选中Run signal-integrity and crosstalk simulations on selected nets”选项，在“Quick analysis”栏中，选中“Show crosstalk strength estimates,sorted by largest crosstalkvalue”选项，并关闭所有其他选项，如图所示：

单击“下一步”按钮，进入“Batch Mode Setup-Select Nets and Constraints for Signal-In tegrity Simulation”对话框，在此对话框中，单击“SINetsSpreadsheet…”按钮，打开“Batch Mode Setup-Net-Selection Spreadsheet”对话框，选中网络“clk2”，则与之相关的网络“n00077”也会自动被选中，如图所示。单击“OK”按钮确认后，退出该对话框。

在“Batch Mode Setup-Set Options for Crosstalk Analysis”对话框中，选中“Selected nets as victims stucklow”选项，如图所示：

单击“下一步”按钮，直至完成。批处理分析报告文件如图所示：

在报告文件中列出了选中网络的信号完整性问题，以及串扰强度超过阈值的网络。根据这些信息，可以指导我们有目的地进行交互式仿真。

3.交互式串扰仿真

（1）查找入侵网络
Boardsim有一项重要的功能，就是能自动找出那些对选择的被害网络产生足够强度干扰的攻击网络。首先选择“clk2”网络作为受害网络，然后观察BoardSim串扰分析找出的可能的攻击网络。

在HyperLynx的菜单栏中，选择“Select”→“Net by Name for SI Analysis”命令，或者单击工具栏中的“Select Net by Name for SI Analysis”图标，在弹出的“Select Net by Name”对话框中，双击网络“clk2”，选中此网络。
在菜单栏中选择“Setup”→“Enable Crosstalk Simulation”命令，或者单击工具栏中的“Enable Crosstalk Simulation”图标，激活串扰分析功能。

在菜单栏中选择“Setup”→“Coupling Thresh- olds”命令，弹出“Set Coupling Thresholds”对话框，设置串扰阈值，如图所示：

对于串扰分析来说，有两种阈值可供选择，即电气阈值和几何阈值。
电气阈值就是用户设置的允许最大串扰强度(耦合电压)，几何阈值就是用户划定的一个区域，凡是处于此区域的网络都被认为是人侵网络。此处选择电气阈值“Use electrical thresholds”，并设置耦合电压为150mV。

单击“OK”按钮，这时PCB 上只显示“clk2”网络和与之关联的网络“n00077”，这说明电气阈值设置为150mV时，没有发现人侵网络，如图所示：

再次设置阈值，将其设置为50mV，这时候PCB上虚线表示的都是入侵网络。如图所示：

在菜单栏中选择“Export”→“Re- ports”→“Net Statistics”命令，打开“Statistics for Selected Net”对话框，显示网络详细信息，如图所示：

（2）设置串扰仿真的IC模型
在串扰仿真期间，BoardSim有能力仿真任意数量的攻击网络和受害网络，其中任意一个都可以被设置为激活的开关状态或者静态(常高、常低)。通常将受害网络设置为静态，对于波形观察更为有利。

在菜单栏中选择“Models”→“Assign Models/Values by Net”命令，打开“Assign Models”对话框，如图所示：

在此例中，受害网络(clk2)的驱动IC是U2.1，将其选中，在“Buffer settings”区域选中“Stuck Low”选项，将驱动U2.1的Buffer特性设置为静态。

重复以上操作，将人侵网络“datald”和“setsec”驱动U3.13、U3.20和U11.6的 Buffer特性都设置为“Output”;将U11.6的模型改为“CMOS 3.3V ULTRA-FAST”

（3）查看耦合区域
在HyperLynx的菜单栏中选择“View”→“Coupling Regions(Field Solver Views)”命令，弹出“Coupling Region”对话框，如图所示：

此时的对话框中显示3个网络，其中“datald”和“reset”是两条入侵网络。对应的 PCB显示如图9.2.7所示，说明在“Coupling Region”对话框中所显示的3个网络形成一个耦合区域。

在“Coupling Region”对话框中，单击“Next”按钮，显示下一个耦合区域，这个耦合区域由两个网络组成，如图所示。

（4）运行串扰仿真
在HyperLynx的菜单栏中选择“Simulate SI”→“Run Interactive Simulation(SI Oscillo- scope)”命令，打开数字示波器窗口，打开“Probes”对话框，在此对话框中，为驱动端 U11.6 和接收端 U8.9 添加示波器探针，如图所示：

数字示波器窗口，在“Stimulus”栏中，选择驱动波形为“Oscillator”，并将振荡频率设置为100MHz;在“IC modeling”栏中选择“Typical”;设置纵坐标为500mV/div，横坐标为2ns/div。单击“Start Simulation”按钮，运行仿真，结果如图所示：

关闭数字示波器窗口，单击工具栏中的“Select Component Models or Edit Values”图标 come，打开“Assign Models”对话框，在此对话框的“IC”选项卡的“Pins”栏中，选择驱动端引脚“U11.6”，打开“Quick Terminator”选项卡，在“Terminator style”栏中选择“R series”，并在“Terminator values”栏中将阻值修改为60Ω，如图所示：

这样就为网络“setsec”串接了一个60Ω的电阻，以达到净化Aggressor网络信号的目的。用同样的方法，为驱动端引脚“U3.13”和“U3.20”添加串接电阻。单击“关闭”按钮，退出“Assign Models”对话框。打开数字示波器窗口，再次运行仿真，此时的入侵网络“setsec”的波形和受害网络上的串扰波形如图所示。

可见，添加串接电阻后，人侵网络的信号质量有所改善，从而在受害网络上引起的串扰
强度也明显降低。
关闭数字示波器窗口，单击工具栏中的“Edit Stackup”图标，打开叠层编辑器，在“Basic”选项卡中，将Top与vcc之间、gnd与Bottom之间绝缘层的厚度由“10”改为“5”，如图所示：

单击确认之后，此时PCB上只剩下一条入侵网络setses，再次运行仿真，串扰信号如图所示:

4.Gbit信号仿真
（1）有损传输线及过孔模型仿真
打开文件“…\hyperlynx\Demo_files\Demo.hyp”，选中网络“clk”，对此网络运行端接向导，并采用建议值。
打开数字示波器窗口，添加探针，设置驱动波形为“Fallingedge”，在“IC modeling’栏中选择“Fast-Strong”，运行仿真，得到仿真波形后，关闭数字示波器窗口：

在菜单栏中选择“Lossy”→“Enable Lossy Simulation”命令，或者单击工具栏中的“Enable Lossy Simulation”图标心，激活有损传输线仿真功能：

在菜单栏中选择“Setup”→“Via Simulation Method”命令，打开“Select Method of Simulating Vias”对话框，在此对话框中，选中“IncludeviaLand C”选项，并在“Via modeling method”栏中选择“Autocalculate”选项，自动计算过孔的电容及电感参数，如图所示：

单击“OK”按钮，退出“Select Method of Simulating Vias”对话框。打开数字示波器窗口，不要擦除上次的仿真结果，再次运行仿真，则两次仿真波形的对比如图所示：

从上图可以看出，在激活有损传输线和过孔模型后，接收端的信号出现了明显的延迟，最大延迟接近0.5ns，这样的延迟在GHz的PCB设计中是不能忽略的。所以，在GHz频率的PCB设计过程中，必须考虑过孔和传输线对信号的影响。

（2）差分信号仿真
打开文件“…\hyperlynx\Demo_Files\Demodiff.hyp”，如图所示：

激活串扰仿真功能，在菜单栏中选择“Setup”→“Coupling Thresholds”命令，打开“Set Crosstalk Thresholds”对话框，将电气阈值设置为20mV。

单击工具栏中的“Select Net by Name for SI Analysis”图标，打开“Select Net by Name”对话框，在此对话框的网络列表中双击网络“DRV1 OUT3+”，选中这个差分对。

单击工具栏中的“Select Component Models or Edit Values”图标，打开“Assign Models”对话框，在“IC”选项卡中，查看此差分对网络驱动端和接收端的模型。

其中， UDRV1.10和UDRV1.11的模型应为DS90LV031ATM，信号端分别为DOUT3+和DOUT3-将其设置为输出与反向输出;URCV2.1和URCV2.2的模型应为DS90LV032ATM，信号端分别为RINA-和RINA+，如图所示：

打开数字示波器窗口，单击口按钮，打开“Probes”对话框，为接收端URCV2.1和 UR- CV2.2添加探针;在数字示波器窗口的“Operation”栏中，选择“Eye Diagram”，激活眼图模式，如图所示：

单击“Eye diagram”栏中的“Configure…”按钮，打开“Configure Eye Diagram”对话框，选择“Stimulus”选项卡，设置Bit流。对于眼图分析来讲，驱动Bit流的设置是很关键的一个步骤，通常使用伪随机码(PRBS)序列，它是仿照字格式的随机码序列。Bit 流的关键属性是序列中每个码元的时间间隔、码元个数，以及起始电平的状态，它的设置如图所示：

在“Configure Eye Diagram”对话框的“Bit pattern”栏中，选择伪随机码“PRBS”;在“Bit”下拉列表中，选择随机序列的位数，选择“6”;在初始状态下拉列表中，设置起始状态为“Low”;
在“Stimulus”栏中，设置Bit间隔为1ns，序列数设置为2;

关于图中右下部分的抖动设置区域(Jitter)，采用默认的百分比1%和高斯分布。
打开“Eve Mask”选项卡，按如图所示设置眼图模板：

单击“确定”按钮，保存设置，返回数字示波器窗口，进行显示标度设置:横坐标为200ps/div，纵坐标为200mV/div。单击“Start Simulation”按钮，开始仿真，结果如图所示：

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