Всеволод Разевиг
Проектировщики аналоговой высокочастотной аппаратуры и быстродействующих цифровых устройств сталкиваются с необходимостью более тщательной верификации проектов перед передачей технологической документации в производство. Паразитная распределенная емкость и индуктивность печатных проводников, взаимная индуктивность близлежащих проводников, несогласованность режимов и многие другие эффекты приводят к тому, что процесс проектирования становится итерационным. После испытаний пробного образца конструкции в нее вносятся многочисленные изменения. Так, на фирме Philips Semiconductor, выпускающей аналоговые высокочастотные интегральные схемы, выполняется до трех итераций.
Для разрешения этих проблем можно использовать, например, такое дорогостоящее ПО, как программы Touchstone и Libra, входящие в состав системы Series IV фирмы HP-EEsof и предназначенные для моделирования высокочастотных устройств в микрополосковом исполнении. Меньшую стоимость имеют пакеты программ, в которых этапы схемотехнического моделирования и разработки топологии печатных плат или интегральных схем разделены. В них сначала проводится моделирование электронных схем без учета паразитных эффектов, присущих реальным топологиям, а затем после разработки конструкции оно повторяется с их учетом. Эта процедура носит название “анализ целостности сигналов” (Signal Integrity Analysis, SIA). Приведем краткий обзор наиболее известных программ анализа целостности сигналов.
MicroSim Polaris
В состав системы моделирования аналого-цифровых электронных схем Design Center компании MicroSim (в начале 1998 г. объединилась с фирмой OrCAD) включены программы Polaris и PCBoards (http://www.orcad.com). Первая из них предназначена для анализа целостности сигналов, вторая представляет собой графический редактор печатных плат. В результате система Design Center получила новое качество возможность сквозного проектирования печатных плат, и популярность ее сразу же возросла.
Программа Polaris рассчитывает параметры печатных проводников, представляемых
отрезками длинных линий, и передает эти данные в программу моделирования PSpice
Однако программы Polaris и PCBoards оказались не полностью совместимыми, в связи с чем Polaris исключили из состава последней версии пакета программ DesignLab 8.0, заменившего Design Center. Тем не менее Polaris все же можно использовать, принимая во внимание ряд ограничений. Во-первых, ее можно применять совместно с редакторами печатных плат других систем: P-CAD, ACCEL EDA (вместе с утилитой DBXSIMU), PADS, BoardStation фирмы Mentor Graphics и др. Файлы печатных плат, созданные с помощью MicroSim PCBoards, приходится предварительно преобразовывать в формат P-CAD c помощью конвертора M2S (автор Е. А. Кнышев). Во-вторых, при создании печатных плат следует использовать английскую систему единиц (при работе в метрической системе возникают грубые ошибки). В-третьих, следует иметь в виду, что программа Polaris имеет два режима:
- Native, предусматривающий комплексное создание принципиальных схем и печатных плат, и затем проведение анализа целостности сигналов;
- External, предусматривающий анализ целостности сигналов на основании информации о топологии печатной платы. Для проведения моделирования необходимо создать только схемы подключения генераторов сигналов и нагрузок. При этом в базе данных печатной платы должны быть указаны параметры пассивных компонентов (сопротивлений резисторов, емкостей конденсаторов и т. п.), а в библиотеке PSpice иметься математические модели остальных компонентов.
В заключение отметим, что для анализа целостности сигналов не всегда нужно проводить трудоемкое моделирование с учетом паразитных параметров печатных плат, большей частью достаточно ограничиться также выполняемыми программой Polaris расчетами паразитных емкостей, индуктивностей и сопротивлений потерь печатных проводников, волновых сопротивлений и запаздывания сигналов, коэффициентов связей смежных проводников.
Viewlogic XTK
Программа XTK компании Viewlogic Systems (разработка фирмы Quad Design Technology) предназначена для анализа целостности сигналов в цифровых устройствах, реализуемых на печатных платах и гибридных интегральных схемах. Результаты анализа ошибок суммируются в отчете, в котором приводятся данные о перекрестных искажениях, задержках и выбросах сигналов, немонотонных фронтах импульсов, распределении потенциалов в цепях “земли” и напряжениях логических уровней.
Программа XTK совместно с пакетом Workview Office позволяет провести тестирование ячейки памяти
Чтобы увидеть картинку в натуральную величину щелкните по этой строке мышкой дважды
XTK функционирует в среде Windows 95/NT, Sun и др. и поддерживает форматы следующих пакетов САПР: ACCEL EDA, Cadence Allegro, SPECCTRA, Mentor Graphics BoardStation, PADS PowerPCB, Xynetix Encore, Zuken-Redac Visul. Подробнее о программе XTK можно узнать, посетив Web-узел http://www.viewlogic.com/products/xtk.html.
AMPredictor
Пакет программ AMPredictor компании AMP (http://www.amp.com/ampredictor) предназначен для анализа влияния неидеальностей разъемов, контактных панелей, цепей коммутации и межсоединений на качество обработки цифровых сигналов. Пакет состоит из следующих модулей:
Схема устройства дополняется в пакете AMPredictor моделями цепей питания и разъемов,
после редактирования топологии печатной платы выполняется моделирование
- AMPSPICE Circuit Simulator программа моделирования, позволяющая с высокой точностью рассчитывать характеристики линий передачи и анализировать такие эффекты, как повышение уровня шума, интерференционные искажения, отражения и задержки распространения сигналов в рассматриваемых устройствах;
- Connector Noise Analyzer анализ уровня шума, обусловленного наличием разъемов;
- Model Library Manager менеджер библиотек математических моделей компонентов, разъемов, цепей заземления и т. п.;
- PCB Structure Analyzer расчет эквивалентных электрических схем печатных проводников на основе анализа двухмерных электромагнитных полей;
- Net Topology Editor центральная программа пакета, с помощью которой составляются списки соединений анализируемого устройства и подключаются модели генераторов сигналов и измерительных приборов, необходимые для моделирования;
- Power/Ground Plane Analyzer расчет распределения потенциалов по постоянному току на плоскостях металлизации “земли” и питания;
- IBIS-to-AMPSPICE Converter преобразование IBIS-файлов моделей интегральных схем в формат программы моделирования AMPSPICE;
- AMPSPICE Interpreter преобразование моделей МОП-транзисторов программы HSPICE в формат AMPSPICE;
- On-Line Education and Help руководство по применению пакета.
Пакет программ AMPredictor функционирует в среде Windows 95/NT.
HyperSuite 4.5
Программа Polaris и подобные ей позволяют моделировать прохождение сигналов в реальных печатных платах, при этом они учитывают подробные модели всех электронных компонентов (транзисторов, операционных усилителей, цифровых интегральных схем, разъемов и пр.), что требует существенных затрат времени. Меньшую степень подробности обеспечивает пакет программ HyperSuit 4.5 фирмы HyperLynx (http://www.hyperlynx.com). Печатные проводники по-прежнему представляются в виде отрезков линий передачи, учитывается взаимная индуктивность близлежащих проводников, однако электронные компоненты имитируются лишь входными и выходными комплексными сопротивлениями. Это дает возможность, подключив модели генераторов сигналов, рассчитать частотные характеристики отдельных трасс прохождения сигналов с учетом реальных нагрузок и интерференционных искажений, что может быть достаточно для предварительной оценки работоспособности печатных плат. Для моделирования входных и выходных комплексных сопротивлений интегральных схем применяется ставший общепризнанным стандарт IBIS. Пакет программ HyperSuit состоит из следующих модулей:
- LineSim и LineSim EMC предварительный анализ целостности сигналов во временной и частотной области до разработки печатной платы (предварительные модели печатных проводников в виде отрезков линий передачи вставляются в схему вручную на основе предположительных соображений о топологии печатной платы);
- BoardSim и BoardSim EMC анализ целостности сигналов во временной и частотной области после разработки печатной платы (но до изготовления фотошаблонов);
- трансляторы с графическими редакторами печатных плат ACCEL P-CAD PCB, Cadence Allegro, Mentor Graphics BoardStation, OrCAD Layout, PADS, Protel Advanced PCB и др.
Пакеты программ DesignLab, Workview Office, OrCAD и ACCEL EDA распространяются фирмой “Родник Софт”, телефон: (095) 113-7001, Web-сервер: http://www.rodnik.ru.
С автором можно связаться по адресу: razevig@pcweek.ru.
