AD16 PCB板信号完整性分析的操作步骤及设置方法

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AD16的主要功能是画电路原理图和根据电路原理图设计PCB板。为了使设计的电路、画完的电路原理图，从电路原理上不存在错误，从电路逻辑上不存在混乱，AD16专门开发了电路原理图的仿真程序。这样可以把设计存在的问题，在第一步：绘制电路原理图阶段就及时发现，然后根据仿真结果，改进电路原理图。这就避免了等到印刷电路板装配零件完成为成品之后再发现问题时，造成的大量的人力物力损失。 同样：设计PCB时，也是先在电脑上根据电路原理图，绘制PCB板图。然后再把电脑PCB板图拿到PCB工厂生产PCB板。AD16同样设计了PCB板信号完整性分析程序，把电脑上绘制的PCB板图，进行信号完整性仿真分析，从而早期发现设计的PCB板图是否存在瑕疵，及时改进到理想状态。如果绘制好PCB板图，没有经过PCB板图的信号完整性分析仿真，直接拿到工厂生产PCB板，PCB板装配完工成为成品后，才发现有瑕疵，那就造成了极大的浪费。

PCB板的信号完整性分析，是指PCB板中的一个网络，这个网络的输出波形，与该网络的输入波形相比，尽量的相似，尽量的少失真、少延迟、少变形、少缺失、少振铃、少过冲。低频的数字电路PCB板，输入信号经过PCB内网络的处理后，网络输出的信号波形失真很小，而在高频的数字电路PCB板，如果PCB板设计稍有不当，被测试的网络输出信号与该网络输入信号相比，就会产生明显的延迟、失真，导致生产的PCB板不达标，无法使用。

进行信号完整性分析的前提条件：需要具备以下条件，才能进行信号完整性分析：

• 电路中被测试的网络，必须包含IC的一个信号输出脚，这个输出信号作为激励这个网络的信号源。如果一个网络只有R、L、C等无源器件，没有晶体管、IC等有源器件，那么这个无源网络，就不能进行信号完整性分析。也就是说：必须设定被测试网络的激励源。
• 在绘制电路原理图、PCB板图时，绘图使用的零件库应当使用集成零件库，集成零件库里面的零件包含了电路原理图符号、封装符号、仿真模型、信号完整性模型。如果零件库里的零件不包含完整性模型，就必须登录零件生产商的官网，下载信号完整性模型，或从其他文件找到模型。然后再加载到工程文件里面来。也可以在原理图中调整模型。
• 设定电路原理图中的电源网络电压值(如3.3V\5V\12V等等)、把电路图中电源的地网络，设定为0V。
• 设定PCB板的PCB板层堆叠：单击design-------layer stack manager。一般采用系统默认值即可。

 

通过PCB板的信号完整性分析，可以仿真测量输入信号通过一个网络后，产生的反射畸变和相邻网络之间的信号串扰。

注意：进行信号完整性分析时，被测试的PCB文件，必须在工程中，不能是独立存在的free docment。

信号完整性分析的实例：

1、打开工程文件夹：projedts。这个工程文件夹内包括：电路原理图文件sch   PCB板文件pcb。打开PCB板图。见下图。

2、设置PCB板的板层堆叠管理：design------layer stack manager-------弹出下图对话框：

单击上图右边：impedance calculation标签，弹出PCB阻抗计算对话框，见下图：

上图，采用默认值即可。

3、单击：design-----rules------弹出规则对话框，见下图：

在上图中左下部位找到信号激励：signal stimulus，在signal stimulus上面右键单击，选择new rule，见下图：

在上图的右侧栏，设置激励信号的参数，采用系统默认值即可。

• 设置电压和地网络：在下图的左下角，单击：supply net，选择new rule.

在下图中，右上策新出现的电源网络，把GND网络电压设置为0V，将VCC电压设置为5V。然后单击OK。

 

• 选择tools-----signal integrity------弹出一下对话框：

单击上图model assignnent配置完整性分析模型，就会弹出下面的对话框：

上表中的名称解释：

Not match: 表示AD16程序没有找到该器件的完整性分析模型。需要人为指定。

Low confidence:程序自动为该器件指定了一个模型，但置信度很低。

Medium confidence：中级置信度。

High confidence：置信度很高。

Model found：该器件的模型已经找到。

   User modifined: 用户修改了模型。

   Model added：用户创建了模型。

修改期间完整性分析模型的步骤：双击上图中要修改模型器件的status部分-------弹出下图：完整性分析模型修改对话框------在TAPE选项中选择器件的类型-------在technology选项中选择驱动类型-------也可以从外部文件导入与该器件相关联的IBIS模型-------大家IMPORT   IBIS-------选择从器件厂商哪里得到的IBIS模型即可-----单击OK。单击上图左下角：update model schematic,将修改后的模型更新到原理图中。单击上图中右下角的analyze design标签------程序进入信号完整性分析------弹出：signal integrity分析网络状态表格：见下面第二图：

 

上面的网络完整性分析表格：status，最左的net：代表网络名称，作数第二：status，标明这个网络是否通过了完整性分析（failed：没有通过）、没有分析（not analyze）、分析通过（passed）。上表中的falling edge overshoot:代表脉冲下降沿过冲，falling edge undershoot:代表脉冲下降沿衰减。Rising edge overshoot:代表上升沿过冲。Rising edge undershoot：代表上升沿衰减。

• 怎样查看上面网络表中某一个网络的完整性分析结果：右键单击上表中第三个网络：TXB-------在下拉菜单中选择details细节--------弹出下图：full result（该网络分析的详细结果）。

 

• 查看网络输出端的反射波形：

双击上图中网络名称：TXB-------就可把网络TXB运动到上图中的右侧：net（网络框中）-----此时上图右下角灰色（无效）的reflections变成黑色（有效）-------见下图：

单击上图右下角的reflections-------显示输入波形和输出带有反射的波形：见下图。

右键单击上图中右上角红色的TXB-U2 13-NOterm-------在弹出的下拉菜单中选择光标A和光标B，见下图：

利用上图中的光标A和光标B，精确测量，测量结果显示在sin data（在显示信号完整性分析的AD16窗口前提下，AD16屏幕的右下角，显示有：sin data标签）中。

9：网络输出端式接不同的匹配电阻，以消除输出端的反射波形。见下图的右下角：给出了网络输出端试结串联电阻、并联电阻、串联电容、并联电容、并联D时的不同情况下，分别查看哪种情况下网络输出端的反射波形最小。试现在在网络输出端串联电阻的方法：serial res。如下面的第二图所示：

（上图右下角no termination:表示输出端没有接任何匹配电阻）

 

上图serial res：表示网络输出端串联了匹配电阻。上图中:min：代表匹配电阻取值的最小值：25欧，max:代表匹配电阻取值的最大值是150欧，这两个数值可以有用户任意修改。设定完最大值和最小值后，选中进行扫描：perform sweep，单击上图右下角的reflection------匹配电阻取值在25欧--------150欧之间联系均匀改变时，网络输出端反射波形，在哪个欧姆时最小。以此找到匹配电阻的最佳电阻值。

10、PCB板相邻网络的串扰分析：双击上图中左上角的TXB，使之选中进入上图右上角的NET内，再双击相邻的网络RTSB，也选中到右上角的NET内，右键单击右上角NET内的TXB,在下拉菜单中选择：set aggressor，把TXB设定为入侵者（干扰源），RTSB网络就是受干扰网络了。单击上图右下角的cross talk标签，分析串扰，过一会就显示串扰的波形。

作者：      吴善龙2017-09-03