Analyse des conceptions de circuits imprimés haute vitesse : simulations et vérifications de l'intégrité du signal

October 25, 2018

Signal électrique haute vitesse avec et sans dépassement et oscillation

 

 

À la fin de l'été, je réunis ma famille à l'occasion du State fair durant lequel nous vivons des moments magiques. Pendant l'année, les attractions des fêtes foraines sont désertes et les petits tourbillons de poussière sont les seuls à arpenter le paysage aride. Mais pendant l'ouverture, les attractions débordent d'activité. On trouve des stands qui vendent des biscuits, des attractions présentant des animaux et des démonstrations ainsi que des manèges où les enfants crient de joie. Tous ces éléments en mouvement constituent presque un tour de jonglerie.

 

Le regroupement sur un circuit imprimé de signaux haute vitesse impose également de jongler entre la conception, les composants et les signaux haute vitesse. Ces signaux haute vitesse sont susceptibles de créer des lignes de transmission indésirables qui sont susceptibles de nuire au fonctionnement de la carte. La plupart des perturbations proviennent du routage du circuit imprimé.

 

Le routage peut être corrigé si les éléments qui contribuent à ce désastre sont identifiés. Vous pouvez vérifier que vous avez appliqué les meilleures pratiques pour garantir l'intégrité du signal en effectuant une analyse fastidieuse à la main ou en utilisant des outils de simulation de l'intégrité du signal. Une fois que vous aurez lu la suite, vous choisirez la méthode qui vous semble la plus efficace pour vos cartes.

Les outils de simulation de l'intégrité du signal non adaptés

Lorsque les outils de simulation de l'intégrité du signal ne sont pas adaptés, la magie se transforme en chaos. Les résultats fournis par le calculateur d'impédance ne sont pas corrects. Les calculs ne son pas cohérents avec l'empilement des couches et la constante diélectrique du matériau défini au niveau des règles de conception du circuit imprimé. Le simulateur prend un chemin de retour en considération. Donc si votre plan de masse présente des discontinuités, elles seront ignorées dans le calcul. Le résolveur de terrain en 3D fournit des impédances calculées pour les paires différentielles qui sont totalement fausses.

 

L'outil est simple et ne prend pas en charge les options de routage de PCB habituelles en respectant les règles de conception, notamment les règles et simulations pour les circuits Flex-rigides. Son environnement de simulation produit des signaux difficiles à interpréter. Pour en savoir plus, il faut recourir à des commandes manuelles complexes en vue d'évaluer les opérations ordinaires. Le résolveur de terrain en 3D fonctionne selon le même schéma. Avec une interface utilisateur sans sélection commune pour l'analyse de longues pistes électriques, le routage de la carte du circuit ne permet pas de garantir l'intégrité des signaux haute vitesse.

 

L'analyse de l'intégrité du signal fait partie de la conception du circuit

Utilisez élégamment votre matière grise grâce à des outils de CAO intelligents.

 

Du temps perdu à interpréter les résultats

Plusieurs heures sont nécessaires pour trier les résultats de l'outil de simulation et analyser les erreurs flagrantes. Le déplacement dans les menus est un travail méticuleux. L'exploration du calculateur d'impédance, qui révèle que des paramètres incorrects ont été utilisés pour calculer l'impédance des pistes, s'avère chronophage. Il faut beaucoup de temps pour découvrir que les paramètres utilisés par le simulateur ne respectent pas les règles des nœuds définies pour le routage du circuit imprimé. Qui aurait pu le savoir ?

 

Sans disposer des paramètres corrects pour la capacité intrinsèque et la constante diélectrique du matériau plan, il est impossible de garantir que l'impédance calculée réduira effectivement les réflexions et l'oscillation des signaux haute vitesse.

 

Certaines anomalies dans l'environnement, par exemple l'absence d'un fichier de perçage, peuvent provoquer le dysfonctionnement du simulateur. Compte tenu du grand nombre d'éditeurs de circuits imprimés et des paramètres requis pour configurer la simulation, un fichier de perçage manquant est susceptible de perturber tout le processus de configuration. Les paramètres choisis en fonction des éditeurs et des menus de configuration sont donc en permanence remis en question.

 

L'analyse des outils qui simulent les signaux haute vitesse en vue de déterminer l'intégrité du signal va souvent de pair avec plusieurs heures de consultation des pages d'aide et des notes d'application. Enfin, l'affichage du signal qui illustre les résultats de simulation est très souvent inexploitable. Il est particulièrement frustrant de disposer d'outils puissants, mais pas des interfaces utilisateur élégantes qui permettent de les piloter efficacement avec les circuits imprimés. À la fin de la journée, l'intégrité demeure toujours un sujet d'interrogation.

Des outils compétents pour identifier et évaluer l'intégrité

Ne trouveriez-vous pas fantastique que le calculateur d'impédance de l'outil utilise les paramètres des matériaux définis dans les règles de conception du circuit imprimé ? Avec les informations relatives au port de l'outil enregistrées dans les règles générales de conception et utilisées pour le calcul d'impédance, le circuit imprimé fabriqué intégrera les composants et le routage adéquats associés à la conception du circuit.

 

Les résultats sont plus fiables si le simulateur utilise les paramètres des règles de conception du circuit imprimé. Lorsque les courbes des résultats de simulations sont disponibles durant les phases de saisie du schéma et de routage du circuit imprimé, la conception peut être corrigée de manière constructive dès que les ingénieurs et les concepteurs du routage cherchent à identifier et résoudre les problèmes relatifs à l'intégrité du signal. Ils s'affranchissent ainsi des investigations nécessaires pour analyser et vérifier l'application des meilleures pratiques à la main, en attendant que le circuit soit fabriqué pour pouvoir valider l'intégrité du signal.

Altium Designer analyse précisément les signaux

Altium Designer 18 dispose d'un éditeur de formules d'impédance intégré au gestionnaire d'empilements des couches. Le menu déroulant de l'environnement de routage du circuit imprimé permet d'accéder facilement au gestionnaire d'empilements des couches. L'éditeur de formules d'impédance contient les formules d'impédance de routage correctes pour toutes les topologies, microruban vers ligne ruban avec nœuds intégrés, doubles et différentiels. L'éditeur de chaque topologie permet d'accéder facilement à la formule par défaut. La formule de chaque topologie peut ainsi être aisément modifiée dans l'outil. Sinon, il est également possible d'utiliser Query Helper pour accéder à la formule de l'impédance et la modifier.

 

Éditeur de formules d'impédance dans le gestionnaire d'empilements des couches d'Altium

Le gestionnaire d'empilements des couches permet d'accéder facilement à l'éditeur de formules d'impédance.

 

Une fois que les impédances pour la réflexion et l'oscillation ont été prises en compte dans le routage du circuit imprimé, le simulateur d'intégrité du signal peut être configuré pour analyser le comportement des signaux haute vitesse. Il accepte les stimulus de signaux définis par le concepteur du circuit imprimé. Ce dernier ajoute également les caractéristiques paramétriques des nœuds des signaux haute vitesse telles que le dépassement et la valeur correspondante, les délais de transmission et les limites des nœuds d'alimentation.

 

Le simulateur utilise ces valeurs pour afficher les résultats dans la fenêtre d'analyse des signaux. La représentation résultante indique les problèmes d'intégrité du signal tels que la réflexion, l'oscillation, la diaphonie ou les chutes de tension induites sur les lignes haute tension par les caractéristiques du routage du circuit imprimé ou des composants discrets de filtrage. Le concepteur du circuit imprimé peut alors ajuster les impédances afin d'optimiser l'intégrité du signal et poursuivre l'analyse des signaux jusqu'à ce que le niveau de bruit de la conception devienne nul.

 

Altium Designer 18 est un outil de saisie de schéma et de routage de circuits imprimés puissant et facile à utiliser qui permet de paramétrer les impédances des pistes haute vitesse en cours de travail. Son environnement unifié facilite son utilisation et vous permet d'obtenir les résultats dont vous avez besoin en matière d'intégrité du signal dans vos conceptions avant qu'elles ne partent en fabrication.

 

Si vous recherchez un outil de CAO qui intègre des outils faciles à utiliser pour concevoir votre circuit imprimé en optimisant l'intégrité du signal, contactez un spécialiste Altium.

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