優點
. 改善大型設計的仿真次數,可靠性和收斂
. 通過整合的模擬和事件驅動的數字仿真既提高了速度,又無需犧牲準確性
. 利用基本直流,交流,噪聲和瞬態分析來探測電路行為
. 允許使用SLPS進行實際電氣設計的系統級接口的測試
. 超過20,000個模擬和混合信號模型庫供選擇
. 允許模擬和數字信號的自動識別,并應用到模擬到數字和數字到模擬接口
. 在付諸硬件實施之前使用假設的理念來CADENCE
PCB設計仿真
混合模擬/數字仿真
集成的模擬和事件驅動數字仿真提高了速度而無需犧牲精確性,單獨的圖形化波形分析器在同一時間軸上顯示混合模擬和數字仿真的結果,數字功能支持5種邏輯電平和64種強度,由負載而定的延遲,以及hazard/race檢查, allegro aMS Simulator 和PSpice仿真還具有針對數字門和約束檢查,如setup和hold時序的傳播建模特性,
模擬分析
使用直流,交流,噪聲,瞬態,參數掃描,蒙特卡洛和直流敏感性分析探測電路行為,allegro aMS Simulator和PSpice技術包含若干交互仿真控制器和兩個仿真解算器。
圖形結果和數據顯示
Probe Windows允許用戶從擴展的一組數學函數中進行選擇,用于仿真輸出變量, 通過在原理圖內直接將標記放置在所希望的管腳,網絡,和零件上,設計師可以創建繪圖窗口模板并用它們容易地進行復雜的量測, 使用內置的量測函數和定制量測的創建, 該工具還可以幫用戶測量電路的性能特征,為顯示數據,附加的功能允許進行電路電壓,電流和功耗的實際和復雜函數繪圖,包括用于幅值和相位裕度的Bodé圖及用于小信號特征的導數,見圖2。
尋求設計的關系
. 使用優化器優化電路性能
. 使用數學表達式,函數和行為器件替代和仿真復雜電路的功能模塊,
. 使用應力分析并通過使用蒙特卡洛分析觀察組件成品率,確定哪個組件受載過大,
特性
Cadence的PCB設計仿真技術與Cadence的從前端到后端PCB設計流程無縫集成,使用于仿真和PCB設計的單獨,統一的設計環境的實現成為可能。
設計輸入和編輯
使用Cadence原理圖設計輸入技術,可從超過18,000個符號和模型的庫中選擇以進行設計仿真,它提供許多特性,使得原理圖輸入和模擬仿真設計變得容易,這兩項集成都包括一鍵仿真和交叉探測和許多其他的仿真工具。
激勵創建
使用可參數化描述的內置函數或用鼠標手繪分段線性,PWL,信號來創建任意形狀的激勵,為信號,時鐘和總線創建數字激勵,單擊并拖動以引入和移動轉換。
電路仿真
用戶可以很容易地建立和運行仿真,然后從Probe交叉探測仿真結果,Probe是一個業界標準的波形觀察器,對多種仿真profile的支持使用戶可以在同一原理圖上調用并運行不同的仿真,仿真偏置結果可以在原理圖上直接進行觀察,包括節點電壓,器件功率計算,管腳和支路電流,對檢查點重啟的支持,允許設計師在同一電路以很少的改變進行多次仿真時,減少仿真的次數。
MOdeLS模型
內含大量不同的精確內部模型,它通常有溫度效應,為仿真添加了靈活性,模型有R,L,C和二極管,以及,
. 內置IGBT
. 七種MOSFeT模型,包括業界標準的BSIM3v3.2和新的eKV 2.6模型
. 五種GaasFeT模型,包括Parker-Skellern 和 TriQuint TOM-2,TOM-3模型
. 非線性 磁性模型,具備飽和與磁滯現象
. 整合了延遲,反射,損失,散射和串擾的傳輸線性模型. 數字原件,包括帶有模擬I/O模型的雙向
傳輸門
. 兩種電池模型,允許對放電周期和運行條件進行精確仿真器件方程開發包,dedK,允許新的內部模型方程的實現,這些方程可以同allegro aMS Simulator和PSpice仿真一起使用。
模型庫
用戶可以從北美,日本,歐洲生產的超過18,000種模擬和混合信號器件模型, 及超過4,500種BJT,JFeT,MOSFeT, IGBT,SCR,磁芯和螺線管,功率二極管和橋接器,運算放大器,光電耦合器,調節器, PWM控制器,乘法器,定時器和采樣保持器等參數化的模型中進行選擇。
模型編輯
可以很容易地抽取所支持器件類型的模型,只需輸入器件技術資料中要求的數據。
行為建模
功能模塊使用數學表達式和函數進行描述,允許設計師充分利用一整套數學運算器,非線性函數和濾波器,電路行為可以在時域或頻域使用公式,包括拉普拉斯變換,或查找表進行定義,錯誤和警告信息可以在不同條件下進行指定,用戶可以容易地選擇在一個層級中已被傳遞到子電路的參數,并將它們插入傳遞函數中,新的行為功能包括in(x), exp(x),sqrt(x)等數學函數。
磁性零件編輯
磁性零件編輯器可以幫助設計師解決手工設計變壓器時遇到的問題,用戶可以設計磁性變壓器和直流電感,并為可用于allegro aMS仿真器電路的變壓器和電感生成仿真模型,磁性零件編輯器還允許設計師生成制造變壓器或感應器所需的數據, 設計過程完成后由Magdesigner生成的制造商報告,包含了廠商生產商用變壓器所需的全部數據。
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最近實驗室項目很忙,很久沒有來更新博客了,由于項目需要,這段時間一直在做FPGA,自己還學習了用Cadence畫電路板,做了一塊FPGA開發板,前幾天調試通過了,這幾天還得繼續編寫控制程序(包括AD(型號AD9238)高速緩存控制程序,串口讀寫程序,DDS(型號AD9958)頻率掃描配置程序,電子開關控制程序等),時間很緊,挑戰還是比較大啊,呵呵,下面寫點學習Cadence和FPGA的總結: Cadence 學習: 關于Cadence的書籍不是很多,我看了以下幾本: 1、《Cadence高速電路板設計與仿真》:書很厚,內容最全,但感覺很多直接翻譯Cadence的help文件,只講怎么操作,沒有講清楚為什么這么操作,我主要在里面學習了orCAD(CIS,orCAD 是后來被Cadence收購的,現在已經被Cadence整合進去,和其他軟件實現無縫連接)的基本操作。 2、《Cadence Concept HDL&&Allegro 原理圖和PCB設計》:EDA先鋒工作室出的書我一直認為是比較不錯的,這本也不例外,但是Cadence Concept HDL(HDL)這個原理圖設計工具感覺沒有orCAD(CIS)操作來的方便,所以我主要從這本書上學習了Allegro的操作,本書對Allegro的講解感覺比上一本書好理解。 3、《Cadence高速PCB設計與仿真分析》:Cadence功能強大,純粹的畫電路板功能只是其很小一部分功能,其還可以在高速電路設計,信號完整性(SI),電源完整性(PI)仿真等方面發揮強大的功能,這本書上涉及到一部分高速PCB仿真的內容,書的后面幾章講解model integrity(查看,編輯IBIS模型),PCB SI,SigXploer等工具。 4、除了以上幾本書外,網上一直流傳著中興公司內部的Cadence培訓教程,共5個分冊:原理圖分冊,PCB設計分冊,約束管理器分冊,自動布線器分冊,仿真分冊,里面的講解也很詳細,很多內容都是直接從實際出發開始講解,需要的人可以給我留言,我會發給大家。 5、在Cadence的學習中感覺這幾個論壇不錯: http://www.eda365.com/index.php http://www.eda365.com/index.php 6、在Cadence的學習中我認為主要要把握一下幾點: a、焊盤文件的建立(.pad),分清楚各種焊盤的區別,在各層中的結構,剛從protel直接轉型用Cadence,這一點一定要注意。下面給一張比較詳細的示意圖,便于大家理解 b、分清楚電路板上各個層的含義,一般兩層板都會有頂層(底層)絲印層(silk),頂層(底層)阻焊層(soldermask)(阻焊層即為在電路板上不刷那層綠油的層),頂層(底層)布線層(etch),其它層根據具體要求再設置。 c、Cadence的操作都是先選操作內容,再選操作對象,這一點剛開始很不習慣,用多了以后感覺這是它的一個優點。 d、遺憾的一點是Cadence輸出的鉆孔文件不支持橢孔(olong),主要自己畫多個圓過孔來模擬,不知道有沒有其他方法。 下面講講FPGA的學習: 講FPGA的學習之前不得不提硬件描述語言(HDL),我主要用的是Verilog語言,另外一種常用的就是VHDL語言,兩種語言各有優劣,對于Verilog的學習我主要推薦以下兩本書: 1、《verilog 數字系統設計教程》,這本書對于入門是一本很好的書,通俗易懂,讓人很快上手,它里面的例子也不錯。但本書對于資源優化方面的編程沒有多少涉及到。 2、《設計與驗證Verilog HDL》,這本書雖然比較薄,但是相當精辟,講解的也很深入,很多概念看了這本書有種豁然開朗的感覺,呵呵。 其實Verilog語言是相當容易上手的,主要是要建立一個硬件電路編程的概念,很多模塊都是并行的,而不是軟件編程中的串行。要先畫電路模塊方框圖再進行程序的編寫。 下面講講FPGA的學習,其實剛開始由于程序規模不是很大,我用的是CPLD(MAXII系列的),后來規模大了,尤其是AD高速緩存中要用到FIFO,CPLD中沒有RAM,所以自己又做了FPGA(cycloneII系列)的板子。其實MAXII系列和FPGA的內部結構已經很像了,都是基于LUT的。CPLD 和FPGA的界限也越來越模糊。FPGA學習中也主要看了兩本EDA先鋒工作室出的書: 1、《Altera FPGA/CPLD 設計(基礎篇)》:講解一些基本的FPGA設計技術,以及QuartusII中各個工具的用法(IP,RTL,SignalProbe,SignalTapII,Timing Closure Floorplan,chip Editor等),對于入門非常好。 2、《Altera FPGA/CPLD 設計(高級篇)》:講解了一些高級工具的應用,LogicLock,時序約束很分析,設計優化,也講述了一些硬件編程的思想,作為提高用。 3、《FPGA設計指南--器件,工具和流程》:這本書看了他的目錄忍不住就買了,這本書講述了FPGA設計的各個方面,雖然每個方面都是點到為止,但能讓你有個整體的概念,了解FPGA的所有設計功能,了解FPGA開發的整個流程。 4、FPGA的學習其實不難,剛開始看到他有這么多引腳,很多人就害怕,其實大部分引腳都是IO口,由你隨意定義,真正的控制及配置管腳很少,一般書上都會說明這些腳怎么連接,自己對照著畫個FPGA的板子,再在上面調試一些例程,這樣學起來還是很快的。下面曬一下我自己畫的FPGA開發板,FPGA是ep2c5,配置芯片是EPCS1,其實也不能叫做開發板,由于項目要求面積小,只接了幾個開關和LED,其他引腳全部用插針連出來了,比較失敗的是四個定位孔畫的太大了,呵呵 |
目前,Cadence設計系統公司新推出Cadence Allegro系統互聯設計平臺,據稱此平臺具有縮短PCB設計周期,提高生產效率的特點。
Cadence宣稱,Allegro平臺15.2版有利于約束驅動式PCB設計,并促使多種類型新產品的問市以迎接集成芯片(IC)封裝和千兆赫茲信號的設計挑戰。該平臺引進了協同設計和數據庫數據管理方案。
泰克公司工程工具部主任Bart Welling 表示,“泰克選擇了最新版的Cadence Allegro平臺作為我們初步的模擬/混合-模式ASIC、封裝以及PCB開發工具包。Allegro平臺具有縮短原型生產周期的新功能,因此,約束驅動式設計流程早在設計師的工作臺上就已經開始了。”
據介紹,通過Allegro平臺產品進行新約束設計,能夠記錄在IC封裝和通道中固有的關鍵信號延時,并能幫助設計師花費最短的時間連接封裝數據庫或手動記錄這些關鍵信號的延時,從而使工程師能夠在設計過程中更加靈活地提高設計的精確度。
Allegro Design Entry HDL是自新款Allegro平臺推出之后的主要產品,它負責在設計輸入整個過程中對相同擴展網絡的生成和仿真提供前端的支持。通過改進頁面管理操作以及應用改進的跨信號網約束設計,它提高了工作效率。
工程團隊在設計和管理當今復雜的電子設計全系統互連時,面臨前所未有的挑戰。隨著PCB平均面積的減小,器件管腳數、設計頻率和設計約束復雜度卻不斷提升。這種持續的挑戰使
得傳統PCB設計方法變得越來越力不從心。基于Cadence在PCB領域的領先地位,新的Allegro平臺提供了能夠適應和解決這些不斷增加的復雜度難題的流程和方法學,從而樹立了全新PCB設計典范。
“新的Allegro平臺版本引入了很多新的生產率特性,將為象我一樣的設計師帶來優勢,”加拿大Kaleidescape高級PCB設計師 Vincent Di Lello說:“象物理和空間約束特性,名詞-動詞選擇模式,擴展的RMB功能,開放的GL和無數可視的增強功能將大大增加設計師的輸出,并提供一個更加界面友好的設計環境。”
Cadence Allegro平臺是基于物理和電氣約束驅動的領先PCB版圖和互連系統。它經過升級,現在已包含了針對物理和空間約束的最先進的布線技術和全新方法學。它使用了Cadence 約束管理系統,那是在整個PCB流程中提供約束管理的通用控制臺。其他升級包括支持先進串行連接設計的算法建模、改進的電路仿真、同Cadence OrCAD? 產品的無縫擴展性、增強的協同性、及新的用戶界面,從而可以提高生產力和可用性。該版本Allegro平臺還為信號完整性(SI)和電源完整性(PI)提供了重大的新功能。
“這是近年來最重要的PCB發布,我們一直在協助客戶滿足他們的需求,以便他們解決最具挑戰性的設計問題,”Cadence負責產品營銷的全球副總裁Charlie Giorgetti表示,“我們為客戶開發并提供創新的能力,顯見我們對PCB市場的承諾。”
最新發布的Cadence Allegro平臺,推出了層次布線規劃,和全局布線等新技術,大大提升了基于規則驅動的先進設計能力。該平臺還通過新的使用模式和增強的易用性提供了更好的可用性。所有版本的Allegro PCB設計平臺均包含新的PCB編輯技術,通過降低新方案學習曲線和優化工具交互,可以提升設計師的效率和生產力。
改進的設計生成和仿真
Allegro平臺的這一版本利用最新版的Allegro System Architect,使硬件設計師可以縮短開發時間,生成比原來多60%的更大數量的差分信號。Cadence 通過向Cadence PSpice?技術增加重大的性能和收斂改進,進一步增強了模擬仿真。
先進的約束驅動設計
Allegro約束管理系統提供了一項先進的新性能,可減少含先進I/O接口設計的生成時間,這些接口有PCI Express、DDR2、SATA等。該系統使設計師有能力生成和指定利用參考其他對象規則的約束。約束管理系統包含了部件手冊,除物理和空間約束外,還為設計約束、設計規則檢查及屬性提供了位置。
提升的生產率和仿真精確性
新發布的Allegro平臺在Allegro PCB SI 及PCB PI中提供了新的功能,可縮短互連設計時間并提升產品性能和可靠性。這些性能包括了串行連接設計的顯著改進,從而允許用戶精確預測6 Gbps以上高級算法收發器通道的誤碼率概況。另外,通道兼容性和統計分析性能還允許用戶評估傳統通道,以便同高數據率收發器共用。
Allegro PCB PI選項可吸收來自IC及IC封裝設計工具的封裝寄生現象、裸片電容和轉換電流,以精確建立完整的電源供應系統。結合靜態IR降分析,Allegro PCB PI用戶可以快速判斷電源分配系統是否能維持規范所述參考電壓。
發布情況
Allegro PCB設計L、XL及GXL平臺版本計劃于2007年6月發布。PCB West上演示的全局布線環境(Global Route Environment)包含在Allegro PCB Design GXL產品中。
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Allegro平臺15.2版的推出使約束驅動式PCB設計又上了一個新的臺階并且促使多種類型新產品的問市以迎接不斷增多的集成芯片(IC)封裝和千兆赫茲信號的設計挑戰。該平臺引進了創新的協同設計和數據庫數據管理方案。
通過Allegro 平臺產品進行新約束設計,能夠記錄在IC封裝和通道中固有的關鍵信號延時,并能幫助設計師花費最短的時間連接封裝數據庫或手動記錄這些關鍵信號的延時,從而使工程師能夠在設計過程中更加靈活地提高設計的精確度。
Allegro Design Entry HDL是自新款Allegro平臺推出之后的主要產品,它負責在設計輸入整個過程中對相同擴展網絡的生成和仿真提供前端的支持。通過改進頁面管理操作以及應用改進的跨信號網約束設計, 本新產品大大地提高了工作效率。
Allegro新版平臺的的推出還為它的Allegro PCB Editor、Allegro PCB SI和Allegro Constraint Manager增添了新的特性和技術。Allegro PCB Editor增加了UNDO/REDO功能及互動布線調節功能,能夠提供實時反饋信息;Allegro PCB SI在性能上做了許多改進,以更加便于使用,支持IBIS 4.0,與3D場提取器整合后可用于封裝設計以及具有縮短布局后驗證時間的新功能;在Allegro Constraint Manager使用了新的屬性工作清單,改進了使用性能之后,工作效率有了顯著的提高。
]]>Cadence設計技術公司昨日發布最新的Cadence Allegro互連設計平臺。Allegro能進一步縮短設計的時間,加強IC設計鏈,從最開始的設計到PCB的設計。
最新的Allegro技術通過在整個設計流程實現多人同時的PCB系統設計,來縮短設計周期。整個Allegro產品線提高了效率,并具備更加簡單易用的功能,同時使使用者能夠更快地設計更復雜的IC。
AFE5807 | AFE5808 | |
通道 | 8 | |
集成 | LNA+VCA+LPF+ADC+ CW 模式 | |
40 MSPS 時的功率 | 88 mW/通道 | 136 mW/通道 |
噪聲 | 1.1 nV/rtHz | 0.75 nV/rtHz |
14 位 ADC SNR | 74dBFS | 77dBFS |
封裝 | 15 mm x 9 mm 135 引腳 BGA | |
樣片 | 訂購 | 訂購 |
數據表 | 下載 | 下載 |
AFE5807 和 AFE5808 是 TI AFE58xx 熱門系列完全集成的模擬前端 (AFE) 中的最高性能器件,它們均用于超聲波應用。
AFE58xx 系列包括用于手持超聲波系統的 AFE5801 和 AFE5851 以及用于便攜式到中程超聲波系統的 AFE5805 和 AFE5804。所有器件均可由 TI TX810 T/R 開關在發送端添加,形成包含嵌入式處理器、模擬和電源管理解決方案的完整產品系列,讓制造商可以更快速地向市場推出創新的超聲波系統。
]]>選擇的生產方法也會影響到元件成本。例如,比較光化機(PCM)相對沖壓加工或兩種方法混合加工的成本。元件是手工安裝還是機器安裝?如果選用機器安裝,由于大多數機器采用真空吸頭吸起元件,則需要采用貼裝靶。雖然有的機器采用鉗子類型的系統抓起元件,但這種類型的機器并不常見。
對于機器安裝,PCB邊緣圍欄的共面性要求在0.1mm以上以保證在安裝或進入回流爐時腔體處于焊膏上。機器加工一般在返工之后,可以使用帶有指狀彈簧的蓋子,或者是焊接一個平的折疊封閉蓋子到PCB上,把暴露出來的區域重新閉合起來。這個方法可以避免最困難的工作:拆除整個屏蔽體(有可能造成PCB損壞);也可以不用為了避免最麻煩的修理工作來拆除整個單元。鑒于高容量產品不斷增加的復雜性和成本,以及環境指令(例如WEEE:報廢電子電氣設備指令)的實施,一個帶有穿孔的返工接觸區是一個值得認真考慮的選擇。最后,如果有很多分開的PCB區域必須與外部屏蔽,或者相互之間需要隔離,以避免串擾問題,可以采用多模穴封平圈。
元件制造方法
有很多種方法可以使用金屬制造屏蔽殼,包括光化機(PCM)、激光切割、沖壓,以及一些混合方法。選擇方法的時候主要是考慮屏蔽殼的技術需求,最終的產量,項目對器件價格的限制。
PCM實際上采用了和制造裸線路板的光化法同樣的流程,不同之處在于采用金屬片而不是鐵殼的絕緣體。這個過程包括制造一個平口成型產品。采用CAD后,要先進行蝕刻和考慮彎曲余度,再采用兩種光工具(一種用于金屬的兩面)用于標繪。兩種工具刻劃產品的外形的過程是一樣的。刻劃金屬一個側面的彎線,徽標,連接或者孔縫細節,兩種工具采用的方法不同。金屬片要先預涂光阻膜,然后暴露在光工具的紫外光下。不需要的光阻膜會被去除,以便于蝕刻。
PCM有一些優點,加工和工具修改花費較低,整個過程所需要的時間較短。彎線可以被很精確的蝕刻出來,例如,135,90或者45度,如圖7。整個過程沒有毛邊和金屬應力,磁和其他金屬特性不變。可以很方便的用于復雜的設計,產品有縫,軌道限界孔,徽標和其他細節不會增加最后的費用,這可以使設計者隨意設計他們想要的東西。
一個可以用來替換PCM的選擇是激光塑形。它用于規模生產小型金屬外殼時,價格并不便宜,彎線的精度也不高。但在處理很厚材料的大型屏蔽殼時很不錯,例如19英寸的齒條罩。
紐扣和螺旋壓力機可以簡單地單面塑形,但是多面同時塑形和金屬切割必須要用強力壓力機。小型壓力機可以用于手工操作一個成套沖模。大型壓力機采用機器操作,可以處理更大,多級的加工。
一個成套沖模由一對鉆孔機和底座組成,當他們被壓在一起就會在材料上打一個洞,或者把材料壓制成想要的形狀。鉆孔機和底座可以移除,鉆孔機可以在沖擊過程中臨時附在沖擊工具的末端垂直上下運動。盡管屏蔽殼的材料相對較薄,仍然需要大壓力機。因為生產電子產品的復雜結構需要指數級增長的壓力加工。這些加工需要大型機床以得到巨大的力量,這種一個可以用來替換PCM的選擇是激光塑形。它用于規模生產小型金屬外殼時,價格并不便宜,彎線的精度也不高。但在處理很厚材料的大型屏蔽殼時很不錯,例如19英寸的齒條罩。
紐扣和螺旋壓力機可以簡單地單面塑形,但是多面同時塑形和金屬切割必須要用強力壓力機。小型壓力機可以用于手工操作一個成套沖模。大型壓力機采用機器操作,可以處理更大,多級的加工。
一個成套沖模由一對鉆孔機和底座組成,當他們被壓在一起就會在材料上打一個洞,或者把材料壓制成想要的形狀。鉆孔機和底座可以移除,鉆孔機可以在沖擊過程中臨時附在沖擊工具的末端垂直上下運動。盡管屏蔽殼的材料相對較薄,仍然需要大壓力機。因為生產電子產品的復雜結構需要指數級增長的壓力加工。這些加工需要大型機床以得到巨大的力量,這種線穿越了PCB表面的腔體分界面。對于多層PCB板,常用的設計是將PCB射頻地放在外層,將信號走線限制在內層
]]> 2.選擇"Rename"
注意:修改圖中紅色部分的參數
3.在原理圖工具Allegro HDL中:
File\Import physical...
4.點擊[OK]按鈕
]]>為此,你需要在電路板上增加退耦電容來將高速信號在電源層和地層上產生的噪聲降至最低。你必須知道要用多少個電容,每一個電容的容值應該是多大,并且它們放在電路板上什么位置最為合適。一方面你可能需要很多電容,而另一方面電路板上的空間是有限而寶貴的,這些細節上的考慮可能決定設計的成敗。
反復試驗的設計方法既耗時又昂貴,結果往往導致過約束的設計從而增加不必要的制造成本。使用軟件工具來仿真、優化電路板設計和電路板資源的使用情況,對于要反復測試各種電路板配置方案的設計來說是一種更為實際的方法。本文以一個xDSM(密集副載波多路復用)電路板的設計為例說明此過程,該設計用于光纖/寬帶無線網絡。軟件仿真工具使用Ansoft的SIwave,SIwave基于混合全波有限元技術,可以直接從layout工具Cadence Allegro, Mentor Graphics BoardStation, Synopsys Encore和 Zuken CR-5000 Board Designer導入電路板設計。圖1是SIwave中該設計的PCB版圖。由于PCB的結構是平面的,SIwave可以有效的進行全面的分析,其分析輸出包括電路板的諧振、阻抗、選定網絡的S參數和電路的等效Spice模型。
為了理解對電路板的設計,首先考慮xDSM電路板的裸板(未安裝器件)特性。根據電路板上高速信號的上升時間,你需要了解電路板在頻域直到2GHz范圍內的特性。圖2所示為一個正弦信號激勵電路板諧振于0.54GHz時的電壓分布情況。同樣,電路板也會諧振于0.81GHz和0.97GHz以及更高的頻率。為了更好地理解,你也可以在這些頻率的諧振模式下仿真電源層與地層間電壓的分布情況。
圖2所示在0.54GHz的諧振模式下,電路板的中心處電源層和地層的電壓差變化為零。對于一些更高頻率的諧振模式,情況也是如此。但并非在所有的諧振模式下都是如此,例如在1.07GHz、1.64GHz和1.96 GHz的高階諧振模式下,電路板中心處的電壓差變化是不為零的。
圖3中的紫色曲線顯示的是當位于電路板中心處的芯片從電源平面吸入電流時引起的諧振。事實上,峰值出現在高階的諧振頻率1.07GHz、1.64GHz和1.96GHz上,而不是低階的諧振頻率0.54GHz、0.81GHz和0.97GHz上,這正如我們所料。
退耦電容
設想FPGA在0.2納秒的上升沿 吸入2A的電流,此時電源電壓會暫時降低(壓降),而地平面電壓會暫時被拉高(地彈)。其變化幅度取決于電路板的阻抗和芯片偏置管腳處的用于提供電流的退耦電容(圖4a)。
由于電流的瞬變值為2A,電壓的瞬變值由V=Z×I決定,Z是從芯片端視出的阻抗,因此,為了避免電壓的尖峰波動,在從直流到信號帶寬的頻率范圍內,Z值必須低于某一門限值。(圖4b)
對于最低頻率,通常是1kHz或者更低的頻率——電源滿足阻抗特性的要求,電源和地層的結構通常不會破壞阻抗特性,因為它們呈現低電阻與電感特性。而當頻率高于1kHz時,電流通路的互感大到足以使電壓超過限定值,根據:
對于更高的頻率,退耦電容作為電源層與地層之間的低阻抗連接是必要的。需要滿足PDS阻抗要求的信號帶寬可由下式估計:
在該設計中,其帶寬為1.75GHz。
為了達到這么寬的帶寬,通常需要在MHz信號區域放置很多高頻瓷片電容,在kHz信號區域放置體積較大的電解電容。這些電容矩陣與其它器件共同占用寶貴的電路板空間。在反復試驗的設計方法中,物理原型是不可缺少的,而虛擬原型技術使設計者可以在不需要物理原型的基礎上解決這個問題。
為PCB板設計PDS,例如此例中的xDSM板,使用SIwave可以在IC芯片處放置一個端口,計算電路板在適當帶寬內的輸入阻抗。圖5中紅色曲線顯示的是電路板上無電容時的阻抗。阻抗軸與頻率軸都取對數坐標。仿真顯示了電路板本身電容的影響而忽略了經過電源的低感應電流回路。從圖中可以看出,阻抗隨著頻率的減少而增加,但由于經過電源的回路也有低阻抗,因此這種關系并不是嚴格的。
由于更小的電容具有更小的ESL和ESR值,因此增加旁路有助于提高其高頻特性。圖5中的淺藍色曲線是又增加10nF電容矩陣后的阻抗曲線。綠色曲線表示再次增加1nF電容矩陣后的結果。每一級別電容矩陣的增加都提高了阻抗特性,但結果仍然剛剛滿足阻抗特性的要求。
在設計的這個階段,設計者可以增加電磁仿真與電路仿真一起來完成設計。這種方法使設計者可以精確地為低端的阻抗建模,包括電源的負載效應。它也可以直接仿真電源管腳上的噪聲從而直接驗證電源層噪聲,避免對電源層阻抗的過多分析導致的不必要的設計開銷。
首先應在選定的位置添加輸入和輸出端口。上文已經在一個IC芯片處添加了端口,接著應該在電源輸入端添加一個端口,同時在其它兩塊芯片的安裝位置添加兩個端口。然后在SIwave中你可以進行寬頻掃描,在整個帶寬內獲得4×4的S參數散射矩陣。接下來可以使用Full-Wave Spice產生與Spice兼容的電路文件以便在電路仿真環境中進一步分析。
在產生的電路文件中,PCB板在電路的中心位置。電路文件還包括FPGA的模型——伴有一個電流探針和一個差分電壓探針的電流源。Full-wave Spice創建的Spice電路還包括上文提到的三個電容矩陣。如果在IC處再增加第四個電容矩陣將進一步減小高端阻抗。電路還包括一個直流電源,電源伴有少量容值從1nF到100μF的退耦電容。另外還包括其它兩個IC芯片的模型,周圍伴有少量100nF的電容矩陣。
可以用同樣的方法分析電路板上其它的芯片,保證他們不受電源壓降和地彈的影響。在本例中另外兩芯片分別吸收100mA和50mA電流,相對來說,它們對噪
為了應對以上挑戰,業界引入了SiP的概念,即把多個不同的元件集成在一個基底(substrate)上,而不是一個裸片(die)上。SiP不僅開發周期短,而且NRE成本低,SiP現被廣泛應用于無線、網絡和消費電子應用,諸如手機、藍牙模塊、WLAN模塊和網絡包交換。Semico市場研究公司的報告也顯示,到2007年SiP合同制造商的收入將達到747.9百萬美元。SiP很可能會變成一個主流的技術趨勢。為了滿足這一日益增長的設計需求,Cadence設計系統有限公司最近推出了業界第一套完整的能夠推動SiP IC設計主流化的EDA產品,它們提供了將許多IC設計和封裝技術整合在一起的能力,從而使得更多的IC設計工程師可以開發出成本、尺寸和性能都更為優化的高集成度產品。
Cadence解決方案通過提供一套全自動的、整合的、可靠的和可重復的設計流程,解決了目前SiP設計中依賴專家工程技能的方法所固有的局限性,從而可滿足市場對無線和消費電子產品不斷增長的需求。這些新產品包括了RF SiP Methodology Kit,它由兩款新的RF SiP產品(SiP RF Architect和SiP RF Layout)和三款新的數字SiP產品(SiP Digital Architect、SiP Digital SI和SiP Digital Layout)構成。RF SiP Methodology Kit提供了一個基于仿真的IC/封裝協同流程,它解決了一些關鍵的SiP設計挑戰,如缺少整合的工具和方法來實現系統、IC、封裝和電路板設計的整合,以及無法仿真、驗證和分析完整的SiP設計。
Cadence最近推出的SiP設計套件提供了將許多IC設計和封裝技術整合在一起的能力。 |
作者:Jake Chen; 執行主編; 《電子系統設計》 |
RF SiP Methodology Kit目前支持大多數主要晶圓代工廠的大多數主流工藝技術,支持從原理圖到GDSII的完整流程(包括用于全系統仿真的參數背注),支持SystemC和SystemVerilog,也可以利用Mathworks Mathlab的系統級鏈接接口進行ESL驗證。
RF SiP Methodology Kit提供了一種快速集成多個裸片的設計方法,從而提供了一種完整SoC實現的替代方法。Cadence RF Design Methodology Kit解決了將功放、PLL、VCO和濾波器放到單個SoC上的集成挑戰。
Cadence SiP解決方案可以與Cadence 主要的設計平臺無縫整合,如可以與Encounter整合實現裸片抽象級協同設計,與Virtuoso整合實現RF模塊設計,與Allegro整合實現封裝與電路板的協同設計以提供尺寸、成本和性能都更為優化的終端產品。下一步Cadence將開發可把整個無線系統集成在一個SiP或SoC上的套件產品。
RF SiP Kit包括新的Cadence SiP RF產品和設計方法,它們可自動化和加速用于無線通信應用的RF SiP產品的整個設計流程。它也提供了基于802.11 b/g無線局域網設計的經過客戶驗證的SiP實現方法,這使得客戶能夠以很低的風險快速和順利地采用SiP設計技術。這個套件與Cadence之前發布的Cadence RF Design Methodology Kit一起拓展了Cadence在無線RF設計領域的產品線。目前Freescale和Jazz半導體公司已經在采用該套件開發RF產品。
]]>商業挑戰面前,半導體產業的技術挑戰也愈加棘手。隨著集成電路工藝在從微米時代步入納米時代,如今要經歷從90nm、65nm、45nm、32nm的工藝提升,同時物理現象也發生變化,不同的工藝帶來不同的設計挑戰。現在,最重要的挑戰是低功耗。漏電流是65nm面對的第一大問題,物理現象改變了,設計方法和工具也要改變。此外,良率、可靠性、高集成度都是技術方面的挑戰。
從概念到產品推向市場,EDA服務于產業鏈整合
半導體產業發展到今天,EDA作為IC設計不可或缺的支撐工具,要在“最短時間、開發出最低成本、最復雜的產品”,僅僅提供“點”工具是不夠的。
因此,居龍指出:“當今,整個設計鏈(包括設計、制造、封裝)分工越來越細,Fabless遠遠多于IDM(集成器件制造商),單個公司無法面對所有的工作,公司成功與否取決于產業鏈整合是否高效。從概念到市場,EDA工具要服務于產業鏈的整合,包括從系統級設計、物理實現、封裝設計、加工制造、PCB設計整個過程,都需要EDA工具的輔助支持。”
從概念到產品推向市場,整個電子設計分為幾塊:IC設計->封裝設計->IC制造->PCB設計。“整個設計周期大概需要半年到一年時間,一個產品才可以推向市場。在IC制造、PCB設計環節等環節都存在一些技術設計挑戰,會影響到產品上市時間、良率。”該公司資深設計服務專家賴志廣講解了EDA的角色,“在整個設計流程中EDA都守候在一旁,提供一個輔助平臺,對所有產品設計流程中提供強有力的幫助。”
Cadence的技術平臺分為5個不同的產品線,全面的設計工具可以提供從概念到產品實現最完整的解決方案。包括針對大規模、復雜、高性能的數字IC設計平臺Encounter;用于模擬、混合信號、RF集成電路設計的全定制設計平臺Virtuoso;支持最快、最有效大規模復雜芯片驗證的功能驗證平臺Incisive;面向目標、按時完成系統協同設計的系統互聯設計平臺Allegro,以及在生產加工前進行可信賴加工驗證的可制造性設計技術。
垂直解決方案(或稱“錦囊”)是Cadence為幫助IC設計公司迅速建立設計架構,并獲得更短、可預測性更高的設計周期而推出的,獨具特色的整套解決方案。“錦囊”通過與一個打包在平臺流程中經過驗證的方法學、授權標準IP相結合,用于解決特定的應用設計問題。當前,Cadence的“錦囊”重點在無線領域,以及有線網絡、個人娛樂領域,已有5個方案(包括RF SiP Methodology Kit、Functional Verification Kit for ARM、AMS Methodology Kit、Optimization Methodology Kit for ARM Processors、RF Design Methodology Kit)。
“Cadence有最完整的解決方案,能夠為客戶提供全面的增值,這是我們的優勢。”居龍也進一步解釋了小公司難成氣候,“今后幾年大公司就變成大者恒大,小公司生存空間非常小,頂多做出一個不錯的技術賣給大公司,不可能再會上市。”
系統功能驗證、可制造性設計是未來成長空間
傳統EDA市場主要集中在RTL和GDS。如今,在EDA市場增長遭遇瓶頸的大環境下,業界都在探尋EDA新的成長空間。
居龍談到Cadence要把握兩個新的成長空間,這也是Cadence看到的客戶需求。
一方面,芯片和系統的結合越來越緊密,要把系統所有功能放到芯片上去,將面臨系統功能驗證的挑戰,因而Cadence現在一個新的產品方向是提供系統功能驗證的解決方案,使產品從規格設計到實現能很快實現。
另一方面是制造,IC設計完成后,但是否以很好的成本生產出來,以及跟fountry的結合是否夠密切,可制造性設計(DFM)也是未來發展方向。Cadence和PDF Solutions已就DFM架構藍圖開發開始合作。
在中國市場,Cadence也正在與信息產業部就合作事宜進行積極磋商。談到Cadence與中國政府在IP合作上的考慮,居龍稱:“Cadence希望與政府合作不是要賣IP,而是通過與政府政策帶動整個產業。我們的想法是:自己不賣IP,而是希望把國外IP帶進來,國外IP公司要進入中國,一方面他們擔心自己IP被侵權,另一方面怎樣幫助他們把IP真正利用起來,像MIPS、ARM吸引很多支持,能不能及如何進行驗證、集成。”他強調,IP不是獨立的,只有設計出真正的產品它才有價值,而像Intel真正有價值的IP也是不賣的。
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