PCB SI信号完整性之反射仿真

一、IBIS模型的获取

a) 直接找芯片供应商

b) 从网上下载

i.到Google网站直接搜索某个型号的IBIS模型；

ii. 到器件厂商的官方网站下载；

iii.从专门提供IBIS模型的网站搜索下载。

c) 仿真器件的SPICE 模型或直接测量

二、IBIS模型的转化过程

将模型的IBIS格式转化为DML格式，可以使用Allegro自带的Model Integrity.一般有两种方式打开此软件：

1、在SPECCTRAQuest下，点击Tools->Model Integrity；

2、在Allegro目录下，Model Integrity作为单独的软件存在，只要点下即可。

然后，选择File->Open,打开已经获得的IBIS模型，可同时打开多个芯片的IBIS模型，其界面如下图所示：

只要打开IBIS模型，在输出窗口的Parse Messages里，会自动显示关于此模型的错误和警告信息，具体如下图所示：

此界面的右下角，如下图所示的方框，可在方框里输入提示错误的行，然后点击左边的，则跳转到该行，进行修改。对于警告信息，可以不用理会，现在绝大多数的IBIS模型都或多或少有警告信息。

如果想观察模型的波形，可如下图所示进行操作。也可在选中任一IOCell模型，直接点快捷按钮。具体操作如下图所示：

之后，出现的波形如下图所示：

当模型的语法错误修改完毕后，可右击该模型，选择IBIS to DML,如下图所示：

若此步可以完成，说明成功转化为DML格式。

保存转化为DML格式的方件，最好把需要用到的DML文件放在同一文件夹里。此时，可以关闭Model Integrity.

三、IBIS模型的注意事项

1、确认IBIS模型里PIN的名称与原理图及PCB图的PIN名称一致，特别是对于PGA封装的IC。例如HI3520芯片，原理图上有一PIN为AM9，而其IBIS模型的名称为AM09，则命名不一致。这种情况可以转化为DML格式，但在后续仿真中，其模型不能正确被加载。

2、一般不要改动模型里的Model Type,若Model Type与仿真冲突，可通过修改PIN Type或寻找相差不多的模型替代。

3、若想深入理解仿真机理及解决在后续仿真中出现的问题，一定要比较全面的理解IBIS模型，因为在以后出现的问题中，很大一部分是IBIS模型问题。

一、打开BRD文件

打开PCB SI，启动Cadence Product Choices界面，如图1-1所示，一般我们选择Allegro PCB SI

630(SPECCTRAQuest)，具体如下图所示：

接着，选择File->Open,打开所要仿真的BRD文件，此时，出现下图所示界面：

二、模型库添加

在SPECCTRAQuest界面下，点击Analyze->SI/EMI Sim下的Library,. 添加模型的DML格式文件，如下图所示:

添加完成后，点击OK按钮。

三、叠层的设置

点击Setup->Cross-section,进行叠层的设置，其界面如下图所示：

参数设置好了之后，点击该窗口左下角的OK按钮关闭Layout Cross Section 窗口，这样叠层就设置完毕。

注：上图的Impedance 列表不必输入，它是根据前面输入的介质厚度、线宽和铜厚自动计算出来的，我们每改动一个参数的时候，按一下键盘的Tab 键，Impedance 值就会动态的改变，这样也可以验证PCB 加工厂家提供的叠层参数是否正确。通常计算出的阻抗值与期望值只要差别不是太大，我们都认为其是正确的，因为每个PCB 加工厂家的工艺水平不同，实际生产出的PCB 的阻抗值与Cadence 理论计算出来的阻抗值肯定是有一定的偏差的。

四、电源层的设置

点击Logic->Identify DC Nets,出现如下图所示界面：

对于仿真中不涉及到的电源网络可以不进行设置，但如果你对芯片所接的网络不是很清楚，那么建议把所有DC网络的电平值都输入。

五、元件模型分配

点击Analyze->SI/EMI Sim->Model,其界面如下图所示：

对于阻容类的元件，一般是需要自已创建模型的，而IC类器件则是为其分配现有的模型。

a) 排阻模型的加载

点击Creat Model,出现如下图所示界面：

点击OK，出现下图所示界面：

点击OK完成创建后，可以在图3-4的界面上点击Edit Model，对模型进行编辑，具体如下图所示：

对于阻容类的其它元件，创建过程与之类似，故不再赘述

b) IC模型的加载

选择Find Model,出现如下图所示界面：

配制好模型后，点击Close，OK，完成配置。

六、网络的检查

当为各个器件分配完模型后，有必要对其进行检查。具体可通过如下步骤实现。

a) 模型分配情况检查

点击Analyze,->SI/EMI Sim->Audit,再选择Net Audit.出现如下图所示界面：

点击Audit selected net,出现如下图所示的报告：

网络的检查，可分单根信号线和一组信号线。在具体的仿真中，可先设置一组信号，对其检查，如果发现该组有错误或警告信息，再通过这些信息，对照原理图，确定有问题的网络，再对其进行检查。这样，比单一网络逐根仿真效率要高些。

如下所示，为创建一组网络的过程。

点击Logic,选择Creat List of Nets,如下图所示：

此后的操作步骤之上面类似。

对于叠层、电源层、模型分配及网络检查，也可能过如下设置一步步的实现。点击Tools->Setup Advisor,出现如下图所示界面：

按照上图所示的步骤一步步的做，最后也可以完成上述相关的设置。

b) Class 属性检查

在SPECCTRAQuest下，选择Logic->Parts List,进入下图所示界面：

对于IC类元件，Class属性为IC。

对于阻容类元件，Class属性为DISCRETE。

对于连接器，Class属性为IO。

c) Pin属性检查

选择Logic->Pin Type,如下图所示：

注：对于IBIS模型里定义管脚Type为BI，则可在此改为IN或OUT；若IBIS模型里定义管脚Type为OUT，则在此不能改为BI，否则在后续仿真中会出错。即在此页面下，只能把管脚的Type属性范围改小，不能变大。

七、其它参数的设置

点击Analyze->SI/EMI Sim->Preferences,在Simulation下，如下图所示：

Pulse cycle count：通过指定系统传输的脉冲数目来确定仿真的持续时间。

Pulse Clock Frequency：确定仿真中用来激励驱动器的脉冲电压源的频率。

Pulse Duty cycle：脉冲占空比。一般芯片取0.5。

Pulse/Step offset：脉冲偏移量，用来控制主网络驱动器与相邻网络驱动器之间的激励时间差。如果该值为正，则相邻网络驱动器在主网络驱动器之后产生激励。

Fixed Duration：指定仿真的持续时间长度。如果该值未确定，则仿真器动态的为每一次仿真选择时长。当该值确定时，仿真运行的时间就为该项中所确定的固定时间长度。此项值的大小与波形文件的大小成正比。

Waveform Resolution(Time)：波形分辨率，决定仿真过程中产生波形的采样数据点的多少。

Run Simulation in Debug mode：当选择该模式时，在仿真前仿真器会执行该网络的正确性检查，在检查通过后才进行仿真。

在DevicesModels下，如下图所示：

Buffer Delays 缓冲器延时选择。

From library 是从库中获取；

On-the-fly 是根据测试负载的参数计算出Buffer Delay 曲线；

No Buffer Delay 不考虑缓冲延时。

在实际应用时，我们均是通过器件的DATASHEET 查出测试条件由软件自动计算出Buffer Delay 曲线，因此该项通常设为On-the-fly.

在InterconnectModels下，如下图所示：

Unrouted Interconnect Models 组合框（对于PCB 板中未连线的信号，采用以下参数）：

Percent Manhattan：设定未连接的传输线的曼哈顿距离的百分比，缺省为100%。

Default Impedance：设定传输线特性阻抗，默认为60ohm。

Default Prop Velocity：默认传输速度。

Routed Interconnect Models 组合框（对于PCB 板中已连线信号，采用以下参数）：

Cutoff Frequency：表明互连线寄生参数提取所适应的频率范围，缺省为0GHz。在对IBIS的PACKEG 等寄生参数进行RLGC 矩阵提取时，为了不考虑频率的影响将截止频率设为0，此时的矩阵不依赖于频率，并且提取速度较快，但精度稍差。当设置了截止频率后，RLGC 矩阵将是综合矩阵，它将基于频率的参数影响，考虑了频率参数影响的RLGC 矩阵具有较高的精度，但提取速度较慢。如果对该值设置，一般建议设置该值不要超过时钟频率的三倍。

Shap Mesh Size：表明将线看成铜皮的边界尺称范围，即标明作为场分析的最大铜箔尺寸。如果线宽大于这个尺寸值，则使用封闭形式公式进行模型提取，缺省为50mil。

Via Modeling：表明所采用的过孔模型。

Fast Closed Form：场模拟程序实时产生一个过孔子电路而并没有建立一个近似的RC 电路，这样节省了仿真时间，但没有使用模型那么准确。

Ignore Via：忽略过孔的影响。

Detailed Closed Form：在互连模型库中寻找相近似的过孔模型，如果没有合适的模型，则由场模拟程序产生一个由近似RC 矩阵组成的过孔模型并存储在模型库中。

Diffpair Coupling Window：差分对耦合窗口，表明用来定位差分对相邻网络的基于最小耦合长度的研究窗口的尺寸，缺省值为100 mils。

Topology Extraction

Differential Extraction Mode：当选中时，规定差分网络只能被当作一对线提取。当不选时，差分网络能单独地提取。

Diffpair Topology Simplification ：差分拓朴的简化模式，规定首先用提取拓朴的所有耦合路径的最小距离计算，然后不平衡的最大长度为这个最小距离的几倍（默认为8）

在SPECCTRAQuest下，选择Analyze->SI/EMI sim->Probe,进入如下图所示界面：

注：BRD文件命名不用使用中文字符及一些不常用的字符，如"."，最好只使用字母，数字和下划线的组合。否则，会出现提取不到任何网络的情况。

一、提取拓扑结构

点击view Topology，出现如下图所示界面：

此图即为提取的拓扑结构，此时进入Sigxp界面。

将上图中IC类元件ATP8624的相关模型放大，如图下图所示：

二、仿真参数设置

在Sigxp界面下点击Analyze->Preferences，出现如下图所示界面：

在Pulse Stimulus,其界面如下图所示：

同上，Simulation Parameters界面如下图所示：

这些参数的意义与SPECCTRAQuest界面下的Analyze->SI/EMI->Perferences参数的意义是一致的。且若采用自动提取拓扑结构的方式，这些设置值是没有改变的，与SQ中设置值是一致的。

三、驱动与接收设置

点击IC类器件模型中间的TRISTATE白色字体，出现如下图所示界面：

上图中标注仅适用于反射仿真，对于串扰仿真，其设置较为复杂，在此不述；

而眼图模式，较多应用于时序仿真，在此不述。

四、生成波形

完成这些工作后，选择Analyze->Simulate,即可仿真，其界面如下图所示：

仿真结果如下图所示：

在Results窗口下，有个SimID的列表，选择所要观看的波形，右键点击，选择View Waveform,即出现下图所示波形。

此界面的相关操作比较容易，多试几次就熟悉了，故不再赘述。

五、仿真不同的参数值

当生成波形后，发现有些信号不满足要求，需要调整线宽、线距、线长或是阻容值，可以通过如下方法进行仿真。

以调整线长为例，在SigXp的Parameters窗口中，选择Length,如下图所示：

此时弹出窗口，若选择单一值，如下图所示：

如果在一定长度范围内仿真，选择Linear Range,如下图所示：

如果仿真一组确定的长度值，如下图所示：

这些设置完毕后，点击Analyze->Simulate,即可仿真，此后的步骤与前面仿真步骤一致。

一、使用report进行仿真

点击Reports，即出现如下图所示界面：