时序计算和Cadence仿真结果的运用
字体大小: 小中大作者：余昌盛刘忠亮来源：日期：2007-06-25 点击：558
摘要：本文通过对源同步时序公式的推导，结合对SPECCTRAQuest时序仿真方法的分析，推导出了使用SPECCTRAQuest进行时序仿真时的计算公式，并对公式的使用进行了说明。
一、前言
通常我们在时序仿真中，首先通过时序计算公式得到数据信号与时钟信号的理论关系，在cadence仿真中，我们也获得了一系列的仿真结果，怎样把仿真结果正确的运用到公式中，仿真结果的具体含义是什么，是我们正确使用Cadence仿真工具的关键。下面对时序计算公式和仿真结果进行详细分析。
二．时序关系的计算
电路设计中的时序计算，就是根据信号驱动器件的输出信号与时钟的关系(Tco——时钟到数据输出有效时间)和信号与时钟在PCB上的传输时间(Tflytime)同时考虑信号驱动的负载效应、时钟的抖动(Tiitter)、共同时钟的相位偏移(Tskew)等，从而在接收端满足接收器件的建立时间(Tsetup)和保持时间(Thold)要求。通过这些参数，我们可以推导出满足建立时间和保持时间的计算公式。
时序电路根据时钟的同步方式的不同，通常分为源同步时序电路(Source-synchronous timing)和共同时钟同步电路(common-clock timing)。这两者在时序分析方法上是类似的，下面以源同步电路来说明。
源同步时序电路也就是同步时钟由发送数据或接收数据的芯片提供。图1中，时钟信号是由CPU驱动到SDRAM方向的单向时钟，数据线Data是双向的。
图2是信号由CPU向SDRAM驱动时的时序图，也就是数据与时钟的传输方向相同时的情况。
图中参数解释如下：
?Tft_clk：时钟信号在PCB板上的传输时间；
?Tft_data：数据信号在PCB板上的传输时间；
?Tcycle：时钟周期
?Tsetup'：数据到达接收缓冲器端E1时实际的建立时间；
?Thold'：数据到达接收缓冲器端E1时实际的保持时间；
?Tco_max/Tco_min：时钟到数据的输出有效时间。
由图2的时序图，我们可以推导出，为了满足接收芯片的Tsetup和Thold时序要求，即Tsetup'>Tsetup 和Thold'>Thold，所以Tft_clk和Tft_data应满足如下等式：
Tft_data_min>Thold-Tco_min+Tft_clk (公式1)
Tft_data_max 当信号与时钟传输方向相反时，也就是图1中数据由SDRAM向CPU芯片驱动时，可以推导出类似的公式： Tft_data_min>Thold-Tco_min-Tft_clk (公式3) Tft_data_max 如果我们把时钟的传输延时Tft_clk看成是一个带符号的数，当时钟的驱动方向与数据驱动方向相同时，定义Tft_clk为正数，当时钟驱动方向与数据驱动方向相反时，定义Tft_clk为负数，则公式3和公式4可以统一到公式1和公式2中。 三．Cadence的时序仿真 在上面推导出了时序的计算公式，在公式中用到了器件手册中的Tco参数，器件手册中Tco参数的获得，实际上是在某一种测试条件下的测量值，而在实际使用上，驱动器的实际负载并不是手册上给出的负载条件，因此，我们有必要使用一种工具仿真在实际负载条件下的信号延时。Cadence提供了这种工具，它通过仿真提供了实际负载条件下和测试负载条件下的延时相对值。 我们先来回顾一下CADENCE的仿真报告形式。仿真报告中涉及到三个参数：FTSmode、SwitchDelay 和SettleDelay。其中Cadence时序仿真的结果是通过SwitchDelay和SettleDelay两个参数反映出来的。 在解释FTSmode、SwitchDelay和SwitchDelay前先解释一下BufferDelay曲线的含义。BufferDelay 曲线是Cadence仿真器断开实际负载，带上驱动芯片器件手册提供的测试负载条件下获得的一条曲线。测试负载是在IBIS仿真模型库中设置的。Cadence仿真报告中的延时测量是以BufferDelay为基准曲线，以V Measure为起始测量点获得的相对延时值。 ?FTSmode：定义了当前仿真驱动器的特性，分为Fast、Type和Slow。该三种特性是在IBIS模型中定义的，Fast是驱动器沿最快的模式，Slow是驱动器沿最慢的模式，从而定义了驱动器在正常工作条件下的两种极限特性。 ?SwitchDelay：定义为SwitchDelayFall和SwitchDelayRise两者的最小值。图3给出了SwitchDelayFall和SwitchDelayRise的图形解释。 ?SwitchDelayFall：是从BufferDelay下降沿的Vmeasure点开始到接收波形下降曲线第一次穿过高电平阈值时的延时值。 ?SwitchDelayRise：是从BufferDelay上升沿的Vmeasure点开始到接收波形上升曲线第一次穿过低电平阈值时的延时值。 ?SettleDelay：是SettleDelayFall和SettleDelayRise两者的最大值。图3给出了SettleDelayFall 和settleDelayRise的图形解释。 ?SettleDelayFall：是从BuferDelay下降沿的Vmeasure点开始到接收波形上升曲线最后一次穿过高电平阈值时的延时值。 从SwitchDelay和SettleDelay的定义我们可以看出，SettleDelay是一个与输入端的建立时间(Tsetup)有关的量，SwitchDelay是一个与输入端保持时间有关的量(Thold)。 公式1和公式2中的Tft_data与Tft_clk在Cadenee仿真工具中是通过仿真获得的数据，它与Cadence 仿真中fast和slow状态下的SwitchDelay与SettleDelay参数有关。 为了了解Cadence仿真中的SwitchDelay和SettleDelay与时序公式中参数的关系，我们重新分析一下 包含有BufferDelay曲线的时序图。 在图4中，时钟输出和数据输出使用的是BufferDelay曲线，此时Tco是时钟BuferDelay曲线和数据BufferDelay曲线之间的延时关系，这种定义符合“手册中的Tco是在特定负载下测得的”说法。 在图4中，CPU CLK OUT(BuferDelay)和CPU Signals OUT(Buferdelay)是在测试负载条件下的信号输出波形(对应于图3中的BuferDelay曲线，而不是驱动端输出曲线)，SDRAM CLK IN和SDRAM Signals IN 是在实际负载条件下输入端口的仿真波形。 在器件手册中给出时序关系时，对于时钟信号，通常以某一测量电压为时间测量点，如图4中的Vmeas1和Vmeas2，对于驱动端测量电压点为驱动器件手册中定义的测量点，对于接收端测量电压点为接收器件手册中定义的测量点。在Cadence仿真时，对于接收端电压测量点的设置，通常在接收器件模型中，把输人高低门限电平定义成Vmeas2来实现。对于驱动端电压测量点的设置，是在驱动器件模型参数中设置的。此时对于时钟仿真的结果是，时钟信号的SettleDelay和SwitchDelay值相等。 对于数据信号的测量点就稍微有点复杂了，这要根据手册中Tco的测量方式来确定，有的器件手册Tco 是从时钟的Vmeas到数据的Vmeas来测量的，有的手册是从时钟的Vmeas到数据的门限电平来测量的。如果采用从时钟的Vmeas到数据的门限电平来测量的，则在Cadence仿真中，要对高低电平门限分别作为测量点仿真，然后取最恶劣的仿真结果。 对于公式中数据的延时Tft_data，从Cadence仿真中对SettleDelay和SwitchDelay的定义和图4中的时序关系可以看出，Tft_data就是仿真结果中的SettleDelay和SwitchDelay参数，并且SettleDelay是与建立时间(Tsetup)有关，SwitchDelay是与保持时间(Thold)有关，因此公式中的Tft_data_min对应仿真结果中的SwitchDelay，Tft_data_max对应仿真结果中的SettleDelay，考虑到通常Slow状态的延时比Fast 状态的延时要大，因此，公式中的Tft_data_min对应仿真结果中Fast状态的SwitchDelay，Tft_data_max 对应仿真结果中Slow状态的SettleDelay。 对于公式中时钟的延时，从测量方式中可以看出Tft_clk=SettleDelay=SwitchDelay，考虑到同一公式中仿真状态的一致，因此，公式中与Thold有关的不等式中的Tfl_clk对应于Fast状态的仿真值，与Tsetup 有关的不等式中的Tft_clk对应Slow状态的仿真值。写成公式就是： Tft_data_fast_switchdelay>Thold口Tco_min+Tft_clk_fast (公式5) Tff_data_slow_settledelay 在实际仿真中，我们只要保证仿真结果满足公式5和公式6的时钟和数据关系，也就保证了单板工作时序的正确性。 四．总结 Cadence公司的Allegro SI和SigXplor设计工具为硬件开发工程师提供了一个功能强大的高速PCB仿真手段，通过仿真设计，可以设计出符合要求的信号时序和信号完整性，从而提高单板和系统的工作稳定性，降低开发风险和开发成本。 CDNLive! Paper – Signal Integrity (SI for Dual Data Rate (DDR Interface Prithi Ramakrishnan iDEN Subscriber Group Plantation, Fl Presented at Introduction The need for Signal Integrity (SI analysis for printed circuit board (PCB design has become essential to ensure first time success of high-speed, high-density digital designs. This paper will cover the usage of Cadence’s Allegro PCB SI tool for the design of a dual data rate (DDR memory interface in one of Motorola’s products. Specifically, this paper will describe the following key phases of the high-speed design process: Design set-up Pre-route SI analysis Constraint-driven routing Post-route SI analysis DDR interfaces, being source synchronous in nature, feature skew as the fundamental parameter to manage in order to meet setup and hold timing margins. A brief overview of source synchronous signaling and its challenges is also presented to provide context. Project Background This paper is based on the design of a DDR interface in an iDEN Subscriber Group phone that uses the mobile Linux Java platform. The phone is currently in the final stages of system and factory testing, and is due to be released in the market at the end of August 2007 for Nextel international customers. The phone has a dual-core custom processor with an application processor (ARM 11 and a baseband processor (StarCore running at 400MHz and 208MHz respectively. The processor has a NAND and DDR controller, both supporting 16-bit interfaces. The memory device used is a multi-chip package (MCP with stacked NAND (512Mb and DDR (512Mb parts. The NAND device is run at 22MHz and the DDR at 133MHz. The interface had to be supported over several memory vendors, and consequently had to account for the difference in timing margins, input capacitances, and buffer drive strengths between different dies and packages. As customer preference for smaller and thinner phones grows, the design and placement of critical components and modules has become more challenging. In addition to incorporating various sections such as Radio Frequency (RF, Power Management, DC, Audio, Digital ICs, and sub-circuits of these modules, design engineers must simultaneously satisfy the rigid placement requirements for components such as speakers, antennas, displays, and cameras. As such, there are 第一章在Allegro 中准备好进行SI 仿真的PCB 板图 1）在Cadence 中进行SI 分析可以通过几种方式得到结果： * Allegro 的PCB 画板界面，通过处理可以直接得到结果，或者直接以*.brd 存盘。 * 使用Specctre Quest 打开*.brd，进行必要设置，通过处理直接得到结果。这实际与上述方式类似，只不过是两个独立的模块，真正的仿真软件是下面的SigXplore 程序。 * 直接打开SigXplore 建立拓扑进行仿真。 2）从PowerPCB 转换到Allegro 格式 在PowerPCb 中对已经完成的PCB 板，作如下操作： 在文件菜单，选择Export 操作，出现File Export 窗口，选择ASCII 格式*.asc 文件格式，并指定文件名称和路径（图1.1）。 图1.1 在PowerPCB 中输出通用ASC 格式文件 图1.2 PowerPCB 导出格式设置窗口 点击图1.1 的保存按钮后出现图1.2 ASCII 输出定制窗口，在该窗口中，点击“Select All”项、在Expand Attributes 中选中Parts 和Nets 两项，尤其注意在Format 窗口只能选择PowerPCB V3.0 以下版本格式，否则Allegro 不能正确导入。 3）在Allegro 中导入*.ascPCB 板图 在文件菜单，选择Import 操作，出现一个下拉菜单，在下拉菜单中选择PADS 项，出现PADS IN 设置窗口（图1.3），在该窗口中需要设置3 个必要参数： 图1.3 转换阿三次文件参数设置窗口 i. 在的一栏那填入源asc 文件的目录 ii. 在第二栏指定转换必须的pads_in.ini 文件所在目录（也可将此文件拷入工作目录中，此例） iii. 指定转换后的文件存放目录 然后运行“Run”，将在指定的目录中生成转换成功的.brd 文件。 注：pads_in.ini 所在目录路：.Psd_14.2ToolsPCBbin 中。 4）在Allegro 文件菜单中使用打开功能将转换好的PCB 板调入Allegro 中。第二章转换IBIS 库到dml 格式并加载 OrCADCaptureCIS(Cadence原理图绘制) 1,打开软件........................................ 2，设置标题栏..................................... 3，创建工程文件................................... 4,设置颜色........................................ 2.制作原理库.......................................... 1,创建元件库...................................... 2，修改元件库位置，新建原理图封库................. 3，原理封装库的操作............................... 3.绘制原理图.......................................... 1.加入元件库，放置元件............................ 2.原理图的操作.................................... 3.browse命令的使用技巧 ........................... 4.元件的替换与更新................................ 4.导出网表............................................ 1.原理图器件序号修改.............................. 2.原理图规则检查.................................. 3.显示DRC错误信息................................ 4.创建网表........................................ 5.生成元件清单(.BOM).................................. 实验一基本门电路设计——电路仿真 一、实验内容： 完成CMOS 反相器的电路设计完成CMOS 反相器的电路设计 实验目的 掌握基本门电路的设计方法掌握基本门电路的设计方法 熟悉Cadence 的设计数据管理结构，以及定制设计的原理图输入、电路仿真、版图设计、版图验证工具的使用 二、实验目的：基于csmc05工艺，完成一个具有逻辑反相功能的电路 设计要求：设计要求： 1.反相器的逻辑阈值在Vdd/2附近，即噪声容限最大 2.反相器的版图高度限制为24微米，电源和地线宽度各为2微米 3.反相器宽度限制为mos 器件不折栅 4.为了给顶层设计留出更多的布线资源，版图中只能使用金属1和多晶硅作为互连线，输入，输出和电源、地线等pin脚必须使用金属1 5.版图满足设计规则要求，并通过LVS 检查 三、设计过程： 启动icfb 1.建立自己的设计库 2.用Virtuoso Schematic Composer 画电路图 3. 在Analog Design Environment中进行电路仿真 4. 用Virtuoso （XL）Layout Editer 画版图 5. 利用diva 工具进行DRC检查，用dracula进行DRC和LVS验证。 四、实验步骤 1.Cadence软件操作步骤： （1）.点击桌面虚拟机快捷方式图标； （2）.打开虚拟机（存放路径：F:\cadence）； （3）.启动虚拟机 （4）.单击右键，Open Teminal,弹出终端对话框，输入Cadence启动命令icfb&(&是后台运行的意思)。 2.. 新建一个库 建立自己的Design Lib 第一步： CIW-> Tools-Library manager 第二步：File-New 弹出“New Library ”对话框，在“Name”项填写要建的design lib的名字，这里是“lesson1”，选择“Attach to an existing techfile” 第三步： 弹出”Attach Design Library to Technology File”对话框，在“Technology Library”中选择st02 第一章设计流程 传统的硬件系统设计流程如图1－1所示，由于系统速率较低，整个系统基本工作在集中参数模型下，因此各个设计阶段之间的影响很小。设计人员只需要了解本阶段的基本知识及设计方法即可。但是随着工艺水平的不断提高，系统速率快速的提升，系统的实际行为和理想模型之间的差距越来越大，各设计阶段之间的影响也越来越显著。为了保证设计的正确性，设计流程也因此有所变动，如图1－2所示，主要体现在增加了系统的前仿真和后仿真。通过两次仿真的结果来预测系统在分布参数的情况下是否能够工作正常，减少失败的可能性。 细化并调整以上原理图设计阶段的流 程，并结合我们的实际情况，原理图设计 阶段应该包括如下几个过程： 1、 阅读相关资料和器件手册 在这个阶段应该阅读的资料包括，系统的详细设计、数据流分析、各器件手册、器件成本等。 2、 选择器件并开始建库 在这个阶段应该基本完成从主器件到各种辅助器件的选择工作，并根据选择结果申请建库。 3、 确认器件资料并完成详细设计框图 为保证器件的选择符合系统的要求，在这一阶段需要完成各部分电路具体连接方式的设计框图，同时再次确认器件的相关参数符合系统的要求，并能够和其他器件正确配合。 4、 编写相关文档 这些文档可以包括：器件选择原因、可替换器件列表、器件间的连接框图、相关设计的来源（参考设计、曾验证过的设计等），参数选择说明，高速连接线及其它信息说明。 5、 完成EPLD 内部逻辑设计，并充分考虑可扩展性。 在编写相关文档的的同时需要完成EPLD内部逻辑的设计，确定器件容量及连接方式可行。 6、使用Concept-HDL绘制原理图 7、检查原理图及相关文档确保其一致性。 以上流程中并未包括前仿真的相关内容，在设计中可以根据实际情况，有选择的对部分重要连线作相关仿真，也可以根据I/O的阻抗，上升下降沿变化规律等信息简单分析判断。此流程中的各部分具体要求、注意事项、相关经验和技巧有待进一步完善。 电路模拟实验专题 实验文档 一、简介 本实验专题基于SPICE（Simulation Program With Integrated Circuit）仿真模拟，讲授电路模拟的方法和spice仿真工具的使用。 SPICE仿真器有很多版本，比如商用的PSPICE、HSPICE、SPECTRE、ELDO，免费版本的WinSPICE，Spice OPUS等等，其中HSPICE和SPECTRE功能更为强大，在集成电路设计中使用得更为广泛。因此本实验专题以HSPICE和SPECTRE作为主要的仿真工具，进行电路模拟方法和技巧的训练。 参加本实验专题的人员应具备集成电路设计基础、器件模型等相关知识。 二、Spice基本知识(2) 无论哪种spice仿真器，使用的spice语法或语句是一致的或相似的，差别只是在于形式上的不同而已，基本的原理和框架是一致的。因此这里简单介绍一下spice的基本框架，详细的spice语法可参照相关的spice教材或相应仿真器的说明文档。 首先看一个简单的例子，采用spice模拟MOS管的输出特性，对一个NMOS管进行输入输出特性直流扫描。V GS从1V变化到3V，步长为0.5V；V DS从0V变化到5V，步长为0.2V；输出以V GS为参量、I D与V DS之间关系波形图。 *Output Characteristics for NMOS M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5 .op .dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5 .plot dc -I(vds) .probe *model .MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7 .end 描述的仿真电路如下图， Introduction Consider the proverb, “It takes a village to raise a child.” Similarly, multiple design team members participate in assuring PCB power integrity (PI) as a design moves from the early concept phase to becoming a mature product. On the front end, there’s the electrical design engineer who is responsible for the schematic. On the back end, the layout designer handles physical implemen-tation. Typically, a PI analysis expert is responsible for overall PCB PI and steps in early on to guide the contributions of others. How quickly a team can assure PCB PI relates to the effectiveness of that team. In this paper, we will take a look at currently popular analysis approaches to PCB PI. We will also introduce a team-based approach to PCB PI that yields advantages in resource utilization and analysis results. Common Power Integrity Analysis Methods There are two distinct facets of PCB PI – DC and AC. DC PI guarantees that adequate DC voltage is delivered to all active devices mounted on a PCB (often using IR drop analysis). This helps to assure that constraints are met for current density in planar metals and total current of vias and also that temperature constraints are met for metals and substrate materials. AC PI concerns the delivery of AC current to mounted devices to support their switching activity while meeting constraints for transient noise voltage levels within the power delivery network (PDN). The PDN noise margin (variation from nominal voltage) is a sum of both DC IR drop and AC noise. DC PI is governed by resistance of the metals and the current pulled from the PDN by each mounted device. Engineers have, for many years, applied resistive network models for approximate DC PI analysis. Now that computer speeds are faster and larger addressable memory is available, the industry is seeing much more application of layout-driven detailed numerical analysis techniques for DC PI. Approximation occurs less, accuracy is higher, and automation of How a Team-Based Approach to PCB Power Integrity Analysis Yields Better Results By Brad Brim, Sr. Staff Product Engineer, Cadence Design Systems Assuring power integrity of a PCB requires the contributions of multiple design team members. Traditionally, such an effort has involved a time-consuming process for a back-end-focused expert at the front end of a design. This paper examines a collaborative team-based approach that makes more efficient use of resources and provides more impact at critical points in the design process. Contents Introduction (1) Common Power Integrity Analysis Methods (1) Applying a Team-Based Approach to Power Integrity Analysis (3) Summary (6) For Further Information (7) 第一章进行SI仿真的PCB板图的准备 仿真前的准备工作主要包括以下几点： 1、仿真板的准备 ●原理图设计； ●PCB封装设计； ●PCB板外型边框（Outline）设计，PCB板禁止布线区划分（Keepouts）； ●输出网表（如果是用CADENCE的Concept HDL设计的原理图，可将网表直接Expot 到BRD文件中；如果是用PowerPCB设计的板图，转换到allegro中的板图，其操作见附录一的说明）； ●器件预布局（Placement）：将其中的关键器件进行合理的预布局，主要涉及相对距离、抗干扰、散热、高频电路与低频电路、数字电路与模拟电路等方面； ●PCB板布线分区（Rooms）：主要用来区分高频电路与低频电路、数字电路与模拟电路以及相对独立的电路。元器件的布局以及电源和地线的处理将直接影响到电路性能和电磁兼容性能； 2、器件模型的准备 ●收集器件的IBIS模型（网上下载、向代理申请、修改同类型器件的IBIS模型等） ●收集器件的关键参数，如Tco、Tsetup、Tholdup等及系统有关的时间参数Tclock、Tskew、Tjitter ●对IBIS模型进行整理、检查、纠错和验证。 3、确定需要仿真的电路部分，一般包括频率较高，负载较多，拓扑结构比较复杂（点到多点、多点到多点），时钟电路等关键信号线 第二章IBIS模型的转化和加载 CADENCE中的信号完整性仿真是建立在IBIS模型的基础上的，但又不是直接应用IBIS 模型，CADECE的软件自带一个将IBIS模型转换为自己可用的DML（Device Model Library）模型的功能模块，本章主要就IBIS模型的转换及加载进行讲解。 1、IBIS模型到DML模型的转换 在Allegro窗口中选择Analyse\SI/EMI SIM\Library，打开“signal analyze library browser”窗口，在该窗口的右下方点击“Translate →”按钮，在出现的下拉菜单中选择“ibis2signois”项，出现“Select IBIS Source File”窗口（图1），选择想要进行转换的源IBIS文件，按下“打开”按钮，出现转换后文件名及路径设置窗口（缺省设置为和源IBIS文件同名并同路径放置，但此处文件名后缀为dml），设置后按下“保存”按钮，出现保存确定窗口（图2）,点击OK按钮即可，随后会出现一个“messages”窗口，该窗口中的报告文件说明在模型转换过程中出现的问题，对其中的“warning”可不用在意，但如果出现“error”则必须进行 时序计算和Cadence仿真结果的运用 中兴通讯康讯研究所EDA设计部余昌盛刘忠亮 摘要：本文通过对源同步时序公式的推导，结合对SPECCTRAQuest时序仿真方法的分析，推导出了使用SPECCTRAQuest进行时序仿真时的计算公式，并对公式的使用进行了说明。 关键词：时序仿真源同步时序电路时序公式 一．前言 通常我们在时序仿真中，首先通过时序计算公式得到数据信号与时钟信号的理论关系，在Cadence仿真中，我们也获得了一系列的仿真结果，怎样把仿真结果正确的运用到公式中，仿真结果的具体含义是什么，是我们正确使用Cadence仿真工具的关键。下面对时序计算公式和仿真结果进行详细分析。 二．时序关系的计算 电路设计中的时序计算，就是根据信号驱动器件的输出信号与时钟的关系（Tco——时钟到数据输出有效时间）和信号与时钟在PCB上的传输时间（Tflytime）同时考虑信号驱动的负载效应、时钟的抖动（Tjitter）、共同时钟的相位偏移（Tskew）等，从而在接收端满足接收器件的建立时间（Tsetup）和保持时间（Thold）要求。通过这些参数，我们可以推导出满足建立时间和保持时间的计算公式。 时序电路根据时钟的同步方式的不同，通常分为源同步时序电路（Source-synchronous timing）和共同时钟同步电路（common-clock timing）。这两者在时序分析方法上是类似的，下面以源同步电路来说明。 源同步时序电路也就是同步时钟由发送数据或接收数据的芯片提供。图1中，时钟信号是由CPU驱动到SDRAM方向的单向时钟，数据线Data是双向的。 图1 图2是信号由CPU 向SDRAM 驱动时的时序图，也就是数据与时钟的传输方向相同时 的情况。 Tsetup ’ Thold ’ CPU CLK OUT SDRAM CLK IN CPU Signals OUT SDRAM Signals IN Tco_min Tco_max T ft_clk T ft_data T cycle SDRAM ’S inputs Setup time SDRAM ’S inputs Hold time 图2 图中参数解释如下： ■ Tft_clk ：时钟信号在PCB 板上的传输时间； ■ Tft_data ：数据信号在PCB 板上的传输时间； ■ Tcycle ：时钟周期 ■ Tsetup’：数据到达接收缓冲器端口时实际的建立时间； ■ Thold’：数据到达接收缓冲器端口时实际的保持时间； ■ Tco_max/Tco_min ：时钟到数据的输出有效时间。 由图2的时序图，我们可以推导出，为了满足接收芯片的Tsetup 和Thold 时序要求，即 Tsetup’>Tsetup 和Thold’>Thold ，所以Tft_clk 和Tft_data 应满足如下等式： Tft_data_min > Thold – Tco_min + Tft_clk （公式1） Tft_data_max < Tcycle - Tsetup – Tco_max + Tft_clk (公式2) 当信号与时钟传输方向相反时，也就是图1中数据由SDRAM 向CPU 芯片驱动时，可 以推导出类似的公式： Tft_data_min > Thold – Tco_min - Tft_clk （公式3） Tft_data_max < Tcycle - Tsetup – Tco_max - Tft_clk （公式4） 如果我们把时钟的传输延时Tft_clk 看成是一个带符号的数，当时钟的驱动方向与数据 驱动方向相同时，定义Tft_clk 为正数，当时钟驱动方向与数据驱动方向相反时，定义Tft_clk 为负数，则公式3和公式4可以统一到公式1和公式2中。 三．Cadence 的时序仿真 在上面推导出了时序的计算公式，在公式中用到了器件手册中的Tco 参数，器件手册中 Tco 参数的获得，实际上是在某一种测试条件下的测量值，而在实际使用上，驱动器的实际 负载并不是手册上给出的负载条件，因此，我们有必要使用一种工具仿真在实际负载条件下 的信号延时。Cadence 提供了这种工具，它通过仿真提供了实际负载条件下和测试负载条件 下的延时相对值。 我们先来回顾一下CADENCE 的仿真报告形式。仿真报告中涉及到三个参数：FTSmode 、 Cadence原理图库设计 一.工具及库文件目录结构 Cadence提供Part Developer库开发工具供大家建原理图库使用。 Cadence 的元件库必具备如下文件目录结构为： Library----------cell----------view(包括Sym_1,Entity,Chips,Part-table) Sym_1:存放元件符号 Entity:存放元件端口的高层语言描述 Chips:存放元件的物理封装说明和属性 Part-table:存放元件的附加属性，用于构造企业特定部件 我们可以通过定义或修改上述几个文件的内容来创建和修改一个元件库，但通过以下几个步骤来创建元件库则更直观可靠一些。 二.定义逻辑管脚 在打开或新建的Project Manager中，如图示，打开Part Developer。 然后出现如下画面， 点击Create New,下图新菜单中提示大家选择库路径，新建库元件名称及器件类型。 点击ok后，Part Developer首先让大家输入元件的逻辑管脚。一个原理图符号可以有标量管脚和矢量管脚。 标量管脚在符号中有确定位置，便于检查信号与管脚的对应，但矢量管脚却可使原理图更简洁，适用于多位 总线管脚。 点击上图中的Edit,编辑器会让我们对首或尾带有数字的字符串的多种输入方式（A1; 1A; 1A1）进行选择,一但选定，编辑器即可对同时具有数字和字母的管脚输入进行矢量或标量界定。 管脚名首尾均不带数字的字符串如A; A1A则自动被识别为标量管脚。 按照元件手册决定管脚名称及逻辑方向,选择是否为低电平有效，点击ADD即可加入新的管脚。 (注：不论是标量或矢量管脚，均可采用集体输入，如在Pin Names栏可输入A1-A8, 1C-16C) Cadence SPB 15.7 快速入门视频教程 的SPB 16.2版本 第01讲 - 第15讲：OrCAD Capture CIS原理图创建 第16讲 - 第26讲：Cadence Allegro PCB创建封装 第27讲 - 第36讲：Cadence Allegro PCB创建电路板和元器件布局 第37讲 - 第46讲：Cadence Allegro PCB设置布线规则 第47讲 - 第56讲：Cadence Allegro PCB布线 第57讲 - 第60讲：Cadence Allegro PCB后处理、制作光绘文件 第1讲 课程介绍，学习方法，了解CADENCE软件 1．要开发的工程 本教程以下面的例子来开始原理图设计和PCB布线 2．教程内容 3．软件介绍 Design Entry CIS：板级原理图工具 Design Entry HDL：设计芯片的原理图工具，板级设计不用 Layout Plus：OrCAD自带的PCB布线工具，功能不如PCB Editor强大 Layout Plus SmartRoute Calibrate：OrCAD自带的PCB布线工具，功能不如PCB Editor强大PCB Editor：Cadence 的PCB布线工具 PCB Librarian：Cadence 的PCB封装制作工具 PCB Router：Cadence 的自动布线器 PCB SI：Cadence 的PCB信号完整性信号仿真的工具 SigXplorer：Cadence 的PCB信号完整性信号仿真的工具 4．软件列表 5．开始学习Design Entry CIS 启动：Start/Cadence SPB 16.2/Design Entry CIS 启动后，显示下图： 里面有很多选项，应该是对应不同的License 本教程使用：OrCAD Capture CIS 我个人认为：Allegro PCB Design CIS XL是所有可选程序中，功能最强大的，但不知道，强在哪里；而且本教程的原理图文件可以使用上表中不同的程序打开 6．选择OrCAD Capture CIS，启动后显示下图 本文介绍cadence软件的入门学习，原理图的创建、仿真，画版图和后仿真等一全套过程，本教程适合与初学着，讲到尽量的详细和简单，按照给出的步骤可以完全的从头到尾走一遍，本教程一最简单的反相器为例。 打开终端，进入文件夹目录，输入icfb&启动软件，主要中间有个空格。 启动后出现下图： 点击Tools的Library Manager，出现如下： 上面显示的是文件管理窗口，可以看到文件存放的结构，其中Library就是文件夹，Cell就是一个单元，View就是Cell的不同表现形式，比如一个mos管是一个Cell，但是mos管有原理图模型，有版图模型，有hspice参数模型，有spectre参数模型等，这就列举了Cell的4个View。他们之间是树状的关系，即，Library里面有多个Cell，一个Cell里面有多个View。应该保持一个好习惯就是每个工程都应该建立一个Library，Cell和View之间的管理将在后面介绍。 现在建立工程，新建一个Library，如下左图，出现的对话框如下有图： 在上右图中选择合适的目录，并敲入名字，这里取的是inv，这就是新建的文件夹的名字，以后的各种文件都在这个文件夹下。OK后出现下面对话框 这个对话框是选择是否链接techfile，如果只是原理图仿真而不用画版图，就选择Dont need a techfile，这里我们要画版图，而且有工艺库，选择Attach to an existing techfile，OK 后出现下面对话框： 在technology Library选择tsmc18rf，我们使用的是这个工艺库。Inv的文件夹就建好了，在Library Manager就有它了，如下图： 文件夹建好了后，我们要建立原理图，在inv的Library里面新建Cell如下： 第一章进行SI仿真得PCB板图得准备 仿真前得准备工作主要包括以下几点: 1、仿真板得准备 ●原理图设计; ●PCB封装设计; ●PCB板外型边框(Outline)设计,PCB板禁止布线区划分(Keepouts); ●输出网表(如果就是用CADENCE得Concept HDL设计得原理图,可将网表直接Expot 到BRD文件中;如果就是用PowerPCB设计得板图,转换到allegro中得板图,其操作见附录一 得说明); ●器件预布局(Placement):将其中得关键器件进行合理得预布局,主要涉及相对距离、抗干扰、散热、高频电路与低频电路、数字电路与模拟电路等方面; ●PCB板布线分区(Rooms):主要用来区分高频电路与低频电路、数字电路与模拟电路以及相对独立得电路。元器件得布局以及电源与地线得处理将直接影响到电路性能与电磁兼容性能; 2、器件模型得准备 ●收集器件得IBIS模型(网上下载、向代理申请、修改同类型器件得IBIS模型等) ●收集器件得关键参数,如Tco、Tsetup、Tholdup等及系统有关得时间参数Tclock、Tskew、Tjitter ●对IBIS模型进行整理、检查、纠错与验证。 3、确定需要仿真得电路部分,一般包括频率较高,负载较多,拓扑结构比较复杂(点到多点、多点到多点),时钟电路等关键信号线 第二章IBIS模型得转化与加载 CADENCE中得信号完整性仿真就是建立在IBIS模型得基础上得,但又不就是直接应用IBIS模型,CADECE得软件自带一个将IBIS模型转换为自己可用得DML(Device Model Library)模型得功能模块,本章主要就IBIS模型得转换及加载进行讲解。 1、IBIS模型到DML模型得转换 在Allegro窗口中选择Analyse\SI/EMI SIM\Library,打开“signal analyze library browser”窗口,在该窗口得右下方点击“Translate →”按钮,在出现得下拉菜单中选择“ibis2signois”项,出现“Select IBIS Source File”窗口(图1),选择想要进行转换得源IBIS文件,按下“打开”按钮,出现转换后文件名及路径设置窗口(缺省设置为与源IBIS文件同名并同路径放置,但此处文件名后缀为dml),设置后按下“保存”按钮,出现保存确定窗口(图2),点击OK按钮即可,随后会出现一个“messages”窗口,该窗口中得报告文件说明在模型转换过程中出现得问题,对其中得“warning”可不用在意,但如果出现“error”则必须进行修改后重新进行模型格式转化直到没有“error”出现为止,此时转换得到得dml文件才就是有效得。 注:若已有规范得完整DML模型库,我们可以直接将需要得模型库加入到工作库中,即可跳过第一步直接执行第二步。 Allegro IBIS仿真流程 2009-09-27 20:08:36| 分类：Pcb | 标签：|字号大中小订阅 https://www.360docs.net/doc/2d14108283.html,/EDA/20090214105502.htm 第一章在Allegro中准备好进行SI 仿真的PCB 板图 1）在Cadence 中进行SI 分析可以通过几种方式得到结果： * Allegro 的PCB 画板界面，通过处理可以直接得到结果，或者直接以*.brd 存盘。 * 使用SpecctreQuest 打开*.brd，进行必要设置，通过处理直接得到结果。这实际与上述方式类似，只不过是两个独立的模块，真正的仿真软件是下面的SigXplore 程序。 * 直接打开SigXplore 建立拓扑进行仿真。 2）从PowerPCB 转换到Allegro 格式 在PowerPCb 中对已经完成的PCB 板，作如下操作： 在文件菜单，选择Export 操作，出现File Export 窗口，选择ASCII 格式*.asc 文件格式，并指定文件名称和路径（图1.1）。 图1.1 在PowerPCB 中输出通用ASC 格式文件 图1.2 PowerPCB 导出格式设置窗口 点击图1.1 的保存按钮后出现图1.2 ASCII 输出定制窗口，在该窗口中，点击“Select All”项、在Expand Attributes 中选中Parts 和Nets 两项，尤其注意在Format 窗口只能选择PowerPCB V3.0 以下版本格 式，否则Allegro 不能正确导入。 3）在Allegro 中导入*.ascPCB 板图 在文件菜单，选择Import 操作，出现一个下拉菜单，在下拉菜单中选择PADS 项，出现PADS IN 设置窗口（图1.3），在该窗口中需要设置3 个必要参数： 图1.3 转换阿三次文件参数设置窗口 i. 在的一栏那填入源asc 文件的目录 ii. 在第二栏指定转换必须的pads_in.ini 文件所在目录（也可将此文件拷入工作目录中，此例） iii. 指定转换后的文件存放目录 然后运行“Run”，将在指定的目录中生成转换成功的.brd 文件。 注：pads_in.ini 所在目录路：.\Psd_14.2\Tools\PCB\bin 中。 原理图设计规范 理念: 设计好一份规范的原理图对设计好PCB/跟机/做客户资料具有指导性意义,是做好一款产品的基础。 一、标准图框图幅 根据实际需要，我公司常用图幅为A2、A3、A4，并有标准格式的图框。其中每一图幅可根据方向分为Landscape（纵向）及Portrait（横向）。在选用图纸时，应能准确清晰的表达区域电路的完整功能。 二、电路布局 原理图的作用是表示电路连接关系，因此需要注意电路结构的易读性。一般可将电路按照功能划分成几个部分，并按照信号流程将各部分合理布局。连线时，需注意避免线条的不必要交叉，以免难于辨识。具体要求如下： 1. 各功能块布局要合理, 整份原理图需布局均衡. 避免有些地方很挤,而有些 地方又很松, PCB 设计同等道理. 2. 尽量将各功能部分模块化(如功放,RADIO, E.VOL, SUB-WOOFER 等),以便于同 类机型资源共享, 各功能模块界线需清晰. 3. 接插口(如电源/喇叭插座, AUX IN, RCA OUTPUT, KB/CD SERVO 接口等)尽 量分布在图纸的四周围, 示意出实际接口外形及每一接脚的功能. 4. 可调元件(如电位器), 切换开关等对应的功能需标识清楚. 5. 滤波器件(如高/低频滤波电容,电感)需置于作用部位的就近处. 6. 重要的控制或信号线需标明流向及用文字标明功能. 7. CPU 为整机的控制中心, 接口线最多. 故CPU周边需留多一些空间进行布线 及相关标注,而不致于显得过分拥挤. 8. CPU 的设置管脚(如AREA1/AREA2, CLOCK1/CLOCK2等)需于旁边做一表格进 行对应设置的说明. 9. 重要器件(如接插座,IC, TUNER 等)外框用粗体线(统一 0.5mm). 10. 元件标号照公司要求按功能块进行标识. 11. 元件参数/数值务求准确标识. 特别留意功率电阻一定需标明功率值, 高耐 压的滤波电容需标明耐压值. 12. 每张原理图都需有公司的标准图框,并标明对应图纸的功能,文件名,制图人 名/审核人名, 日期, 版本号. 1．Allegro PCB Design CIS Allegro PCB Design CIS Allegro Designer Entry CIS集成强大的原理图设计功能，其特点主要是具有快捷的元件信息管理系统（CIS），并具有通用PCB设计入口。扩展的CIS功能可以方便地访问本地元件优选数据库和元件信息。通过减少重新搜索元件信息或重复建库,手动输入元件信息，维护元件数据的时间，从而可以提高生产率。无论是设计全新的模拟，数字，或混合信号电路，还是修改现有电路板的电路原理图，或进行层次结构电路图设计，Allegro Designer Entry CIS 提供电路设计从构思到生产所需的一切。 Allegro Designer Entry CIS是全球应用最多且经过生产验证的原理图输入工具和强大的元件信息管理系统。 优点 1、提供快捷，直观的，具备完备功能的原理图编辑工具 2、通过层次式和变体（基于同一原理图，不同机型导出）设计提高复杂原理图的设计效率 3、具备强大功能的CIS，帮助加速设计进程，降低项目成本 4、原理图提供的自动缩放/搜索/导航功能，结合Allegro PCB Editor之间的交互探测和交互摆放，和集成的 AMS-Simulatuor帮助提供设计的可生产性 5、减少重复搜寻元件信息的时间，接收来自MRP，ERP和PLM的数据和支持关系型数据库使智能选择元件成为可能 6、通过直接访问ActiveParts和ActiveParts门户网站，提供给选择原理图设计所需要的元件和直接获取器件供应商元件数据更大的便利，ActiveParts提供了超过200万份的元器件数据 7、通过FPGA输出/输入双向数据流程自动整合可编程门阵列(FPGA)和可编程逻辑器件(PLD)，从而缩短设计时间 功能特色 全功能原理图编辑器 Allegro Designer Entry CIS，带有拼接式和层次式的原理图页面编辑器，它具有快捷、直观的原理图编辑的特点。原理图页面编辑器整合了标准的Windows用户界面，这些功能和特性是为工程师完成设计任务和发布设计设计数据而特别定制的。 1、在一个会话窗中可以查看和编辑多个项目 2、通过互联网访问最新元器件 3、对“What-if”场景使用状态标签 4、在设计中引入了高效率的电子表格式的属性编辑或者是在原理图编辑器中编辑属性和打印定义好的属性cadence仿真步骤(精)
在Allegro 中进行SI 仿真
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