信号线串扰仿真

      上篇介绍了前仿真的应用概括，前面说过我们使用LineSim仿真是通过建立信号完整性原理图来进行的,也就是布线前的仿真。LineSim工具不能从一个布线工具中读出数据来进行行仿真,如果大家需要作布线后仿真可以使用BoardSim工具。

本节介绍具体信号线串扰的仿真实例。

信号完整性原理图与传统原理图差异

        LineSim的信号完整性原理图和传统意义上的原理图有很多不同,一个传统的原理图包
含以下因素(如图所示):

        1. 有电气连接特性；

        2. 只用包含元器件即可；

        LineSim的信号完整性原理图需要含有：

        1. 有电气连接特性，还要有物理信息；

        2. 给出元器件的连接，还要给出电器连接特性；

        3. 关注IO信息，不用关注整个芯片的逻辑功能信息；

仿真前的基础管理

文件路径管理

在LineSim中,原理图文件以ASCII格式保存,它的后缀名为.TLN,包含了所有原理图中的内容以及与仿真设置有关的内容。

1. 当我们新建原理图后，默认的文件命名尾缀为.TLIN

2. 保存原理图  对于新建的原理图,在菜单File中选择SaveAs,出现SaveAs对话框。你可以为原理图输入名称,并选择你想保存的位置。

3. 读入原理图  可以在菜单File中选择Open LineSimFile,到相应的目录下打开所需LineSim文件。

4. 文件路径设置在LineSim中可以设置.TLN文件的默认路径。从菜单Options中选择Directories,出现Set Directories对话框,如t图示，进行设置；

界面基本设置

        LineSim在原理图界面的使用上,共有4个要点如下:

(1)调节显示区域

        在菜单View中有ZoomIn、ZoomOut等选项,可以对原理图进行缩放;或者可以直接用键盘上的PageUp、Page Down、Home等键来实现缩放功能;

(2)调节原理图背景

        颜色在菜单Setup->Options中选中Genernal,在跳出的Options对话;框中Color栏目下对原理图的背景颜色进行调节。

(3)将原理图输出到图形文件

        在菜单Edit中选择Copy,点击确定后原理图便被复制到了Windows的剪贴板上。

(4)单位的设置

        我们可以根据需要来改变原理图中所用到的几何尺寸的单位。在菜单Setup中选择Units,跳出Units对话框,如图所示。在Measurement units区域中可以选择采用英制单位还是米制单位,在Metal-thickness units区域中可以选择铜皮的计量单位是重量还是长度。

传输线模型设置

传输线模型

        在开始仿真之前,我们必须为传输线选择恰当的电气模型。在信号完整性原理图中,传输线可以代表很多电气连接,比如PCB的走线、接插件、铜缆等。

传输线的物理和电气参数包括:

        Length:这个参数表示铜皮走线、电缆或者飞线的长度,用来计算线的延迟和传输线总的L、C和R的值。

        Width:表示线宽。

        Radius:表示线的半径。

        DielectricHeight:表示绝缘层的高度。

        Dielectric Constant:表示介电常数。

        Plating Thickness:电镀涂层的厚度。

        Conductor Thickness:表示导体的厚度。

叠层设置

        在LineSim中,当我们激活了一段传输线,那么和传输线相关的一系列参数如特性阻抗、延迟时间、物理长度以及模型类型等都需要设置。这时就引出了PCB叠层的设置,在LineSim中,叠层仅仅是用于对传输线进行模拟的一种方法,所谓叠层也就是要确定传输线在PCB个板层的哪个层、层和层之间的参数以及每层的参数。

(1)开始设置在菜单setup中选择Stackup,或直接点击图标,跳出Edit Stackup对话框,在此对话框中我们可以对叠层进行编辑,如图所示。

(2)如何设定层的参数

        叠层的设置主要会影响到PCB两个关键的参数–特征阻抗和传输速率。在LineSim中可以调节以下一些参数来对它们进行设定:

        叠层的结构、走线宽度、走线厚度、电介质厚度、介电常数以及外层电介质的类型。需要改变参数的层改变层的类型并改变相应的参数,直到得到所需的特征阻抗和传输速率。

(3)如何改变叠层的默认设置

        在菜单Options中选中preferencee,在跳出的Options对话框中的Default Stackup页面下可以改变默认的叠层设置。

(4)将LineSim中的叠层输出到文档

        如果需要将设置好的层方案输出到文档中,可以在Edit Stackup对话框中选择Copy to Clip,这样就将叠层图形复制到了剪贴板上。

原理图中传输线模型设置

        为了仿真传输线,必须为它选择适当的模型,在LineSim中滋添加了一段传输线后,需要在EditTransmission Line窗口中对其进行参数设置,主要是为了得到适当的特征阻抗(Zo)和传输延时(Delay)。

1.选择传输线类型为Simple

        双击打开传输线参数设置区域输入所需的Z和Delay数值,但不能定义传输线的线长和线宽

2.选择传输线类型为Stackup

        在stackup页面下,根据前面编辑好的叠层,将此段传输线定义为位于某一特定层,再输入线长和线宽等参数。由于已确定了特定叠层的Zo,这样得到的传输线的Zo和叠层一致。也就是在图的Transmission lineType窗口选择Stackup类型,在出现的Values窗口选择传输线所在的层,并设置长度和宽度,就完成了传输线类型的设置。

3.选择传输线类型为Microstrip、Buried Micro、stripline

在相应页面下,对传输线的各种参数进行编辑,LineSim会自动计算得出相应的Zo。

Microstrip是PCB的表层走线,是只有一个参考平面的走线层的的走线,其一面与空气接触,另一面与电介质接触。

Buried Microstrip是内层走线,但是有一一个交流地平面层在它的一面,例如在平面层是第3层和第4层的6层板中,第2层和第5层就是Buried Microstrip。

Stripline是内层走线,它的两面都有交流地平面层。图所示云为部分的Microstrip、Coated
Microstrip和Embedded Microstrip 示意图。

选择仿真模型

        在对原理图进行仿真之前,首先必须为原理图中的IC 元器得件选择适当的模型。目前在我们的工作中主要用的是元器件的IBIS模型。

如下图所示，双击器件，打开属性窗口，选择select，在模型列表中选择器件的

信号串扰仿真

        在LineSim中进行串扰仿真或差分对的仿真有两个步骤:
        1)先建立一个普通的原理图,包括传输线、IC接收器和驱动器、终端匹配以及其他无源元器件。

        2)在原理图中加入传输线间耦合的信息,例如哪些传输线相互耦合、耦合长度、耦合的传输线的间距等等。这一步称为建立耦合区域,每个耦合区域都定义了一组相互耦合的传输线。

如图示，选择stackup，设置coupled参数；

为了直观的看出TL1对TL2的串扰程度，设置U4.2驱动模型为Stuck low，始终保持低，U3.2驱动设置始终信号源。

点击Field solver可以查看串扰程度，同时可以生成串扰详细报告数据；

点击loss串口可以查看微带线的衰减量，用于分析功率失配情况；

如下图示微带线信号衰减约0.26dB；

通过示波器窗口可以看到TL1对TL2的串扰情况。

从而用于分析信号干扰影响程度。