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高速高密度板级设计中的挑战与解决之道
tvb2058 | 2007-10-05 09:31:29    阅读:2871   发布文章

半导体技术的发展使得板级设计正在朝更小以及更多性能的方向发展,但随之而来的各种问题也在考验着工程师们的耐心和解决问题的能力。信号完整性(SI)首当其冲。此外,EMI、柔性电路、电源干扰等问题也在受到越来越多的关注。Mentor Graphics公司是全球板级设计工具中的领军企业,其高达40%的市场份额令其他竞争对手难以望其项背。为了帮助工程师更好地了解业界在解决上述问题中的方案以及发展趋势,记者特别采访了Mentor Graphics公司中国区总经理彭启煌。

 

问:我们已经看到了引脚数超过了400的BGA封装的FPGA,而此类的高密度器件正在变得越来越多,如何保证一次性布线的成功?

 

答:由于FPGA设计在整个项目设计中的改动频繁,如果FPGA的逻辑/硬件电路设计和PCB设计三者之间的信息不同步,就会造成设计的失败。因此非常重要的一点是要保证同步,无论是前者的设计变更还是后者的优化调整的反标注都要如此。在传统的方法中,工程师只能通过口述和文本的方式在FPGA、硬件设计和PCB设计之间传递设计变更信息,费时而且极容易出错。为了解决这一点,需要可以适时监控并报告提示三者的更改状态和同步情况的设计工具。另外,FPGA引脚数量已远远不止400个,甚至已经出现上千个引脚的FPGA,如何映射引脚和信号连接关系成为板级电路设计工程师的一大挑战。人们需要具有智能处理、可自动生成原理图符号和电气网络连接关系、在避免了手工劳动的可能带来的错误的同时,还可将过去数天的工作压缩到数十秒钟的工具。同时,这种工具还应该可以根据FPGA器件在PCB上与其他器件的连接关系和相对位置来自动交换引脚,优化走线、提高走线质量和减层来降低成本。最后,对HDI设计的支持能力也是非常重要的。Mentor Graphics的IO Designer工具和Auto Active技术能够满足上述需求。

 

问:Mentor Graphics的工具能够支持柔性电路板的设计吗?

 

答:是的。我们提供了独特的面向柔性板设计的设计技术和工具。根据柔性板设计的特殊需求,我们的柔性板设计专用工具ATP Flex可以依照已有走线轮廓、板框轮廓或其他多边形平行布线,并能自定义间距;可以实现在T节点手工或者动态加Teardrop;可实现渐变线宽走线;可以任意弧度布线,支持单根走线和多根总线;而借助于Mentor Graphics优秀的推挤技术,ATP Flex还可以将弧度线推挤到优化的结果。

 

Mentor Graphics公司中国区总经理彭启煌

 

问:对于1GHz以上的PCB电路设计,如何保证关键网点与路径的SI和EMI性能?

 

答:Mentor的HyperLynx/ICXpro和QE保证了高速PCB设计中的SI和EMI/EMC分析验证;CES可以定义包括时序规则、差分规则和走线拓扑结构等多种复杂的高速设计约束;Auto Active为引擎的最新一代布线器可以满足高速设计的复杂物理实现的要求。而针对许多工程师关注的千兆位设计信号的仿真分析,这里要特别介绍一下我们的HyperLynx设计平台。

 

对于吉赫兹级别的PCB设计,由于IC器件的信号沿到达皮秒级,其走线损耗(包括介质损耗和趋肤效应)以及过孔的影响变得非常重要。通过内部先进的场提取技术对吉赫兹设计中的走线和过孔建模,结合强大的Eldo/ADMS仿真引擎,HyperLynx GHz bundle能够很好地解决上述挑战。此外,它能够解决从概念和原理图设计阶段的前仿真分析(LineSim GHz)到PCB设计阶段的后仿真验证(BoardSim GHz)在内的高速PCB设计中出现的所有问题。在原型制造前解决这些问题将有助于减少改板可能性、减少设计成本和设计周期。

 

HyperLynx对于吉赫兹设计的分析验证功能非常强大。主要表现在模型支持、场提取技术、眼图分析、最坏眼图分析等几个方面。

 

首先,对于吉赫兹设计分析,需要使用IBIS、SPICE或VHDL-AMS模型来描述有源器件,使用S参数模型来描述封装、连接器等无源器件。HyperLynx能够支持上述模型特别是S模型的使用。Eldo-CPF技术在保持原有精度的前提下极大地提高了重复仿真的速度。专有的SouchStone Viewer模块直观的显示S11、S12等频域曲线,并对S参数模型的Causality和Passivity进行检查。此外,自带的Visual IBIS Editor支持最新的IBIS 4.1语法检查。其次,通过先进的场提取技术,此款工具还能够对PCB走线和过孔自动建模,并充分考虑到吉赫兹设计时的介质损耗和趋肤效应(在Stackup Editor里可以直观的看到损耗曲线)。工程师可设置过孔的所有物理参数,如焊盘、反焊盘、钻孔、层数等,对通孔、埋孔和盲孔进行准确建模。此外,HyperLynx还自带了PRBS、8B/10B等多种吉赫兹激励源,方便的眼图模板设置(自带主流接口模板),使得工程师可轻松得到眼图。最后,该工具的Fast Eye模块采用特殊的仿真算法,在最短的时间内进行遍历上千万位的信号组合的仿真,通过仿真结果对比,得出最坏眼图、最坏眼图时的激励信号pattern和描述误码率的浴盆曲线。

 

至于板级EMC/EMI分析,HyperLynx和QE一起形成了两种不同的解决方案。其中,后者是一个EMI/EMC分析专家系统,内建EMC专家知识库并且可以扩充,以DRC检查的方式对设计中的EMC/EMI问题进行检查,同时给出解决方案。并且可以和AutoActive设计工具(如Expedition)进行互动。QE可作为独立专业的EMC/EMI分析工具,也可以作为HyperLynx必要的补充,对一些无法通过仿真来检查的电路结构进行分析。HyperLynx可通过电磁场仿真和电流的频谱分析两种方式来检查EMI/EMC问题。

 

问:在应对时序收敛以及电源干扰等当今最迫切的设计挑战问题上,其他供应商有哪些局限性?

 

答:对于板级设计分析工具而言,友好的用户界面、先进的场提取技术以及成熟强大的商业仿真引擎是重要的三要素。而先进的场提取技术和强大的仿真引擎对分析验证工具无疑是最关键的。目前仅有Mentor Graphics可将他们很好地结合在一起。

 

Mentor Graphics还提供了大量针对当今高速PCB设计中的主流接口的设计套件。我们也与一些合作伙伴联合开发设计套件。这些套件为设计者提供了很好的设计参考。而这些都是其他竞争对手所不具有的。

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