PCB-Design & Simulation

64-Bit-Technologie fördert Produktivität und neue Ideen

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Neuerungen für die SI- und PI-Simulation

Bei der Produktgruppe Sigrity für SI- und PI-Simulationen gibt es zwei wesentliche Neuerungen. Zum einen sind die internen Solver um einen 3D-Vollwellen-Solver und einen quasistatischen Solver erweitert. Dadurch kann die Software jetzt Signalstrecken in Bereiche unterteilen und den entsprechend besten Solver nutzen, um schnell akkurate Ergebnisse in Sign-Off-Qualität zu bekommen. Zum anderen wurde die Integration in den PCB Editor, dem Layout Tool, weiter vorangetrieben. Standardisierte Simulationen sind jetzt wie Design Rule Checks im Hintergrund ohne spezielle Fachkenntnisse ausführbar; alle Ergebnisse werden (auch für Layouter verständlich) im PCB Editor angezeigt.

Damit wird ein wesentlicher Punkt adressiert. Bei der Simulation sind stets die kritischen Signale zu untersuchen. Doch bedingt durch Miniaturisierung und sinkende Versorgungsspannungen können aufgrund des Layouts auch normale Signale plötzlich kritisch werden. Durch umfassendes Screening erkennt die Software auch solche Signale und meldet sie dem Layouter als kritisch. Häufig lässt sich das Problem durch Änderungen der Versorgungslagen oder Rückstrom-Vias lösen. Falls dies nicht möglich ist, dann ist klar, dass dieses Signal kritisch bleibt und durch eine detaillierte Simulation eines SI-Experten die Auswirkung geklärt werden muss.

Im Laufe des Design-Ablaufs werden erst die kritischen Leitungen verlegt. Später jedoch ändern sich die Formen der Versorgungslagen. So geschieht es in der Praxis häufig, dass Teile eines kritischen Signals über einen Schlitz in der Versorgungslage geführt werden. An Stellen ohne Referenzlage ändert sich die Impedanz der Leitung erheblich und es kommt zu Störungen der zu übertragenden Signale durch Reflektionen.

Mit den neuen Checks für Layouter werden solche Impedanz-Sprünge aufgezeigt und können schnell korrigiert werden. Es lassen sich auch heimtückische Probleme finden, wenn beispielsweise von einem 32 Bit breiten Bus nur ein Signal über eine nachträglich eingefügte Aussparung in der Versorgungslage geroutet wurde. Solche Fehler führen bei diesem einen Bit zu sporadischen Übertragungsfehlern und werden vom SI-Experten meist nicht gefunden, da er nur die Topologie exemplarisch mit einem Bit für den ganzen Bus simuliert und 31 Bit den Vorgaben entsprechen.

Weiterhin lassen sich Strukturen von Durchkontaktierungen erfassen und als definiertes Muster im Layout wiederholt platzieren. Der Vorteil ist, dass diese Strukturen einmalig auf ihre SI- und PI-Eigenschaften untersucht werden können und man immer die gleichen Verhältnisse einsetzt und keine Überraschungen erlebt. Diese Arbeitsweise wird ab Übertragungsgeschwindigkeiten ab 3 Gbit empfohlen.

In der Simulation ist jetzt auch ein USB-3.1-Compliance-Test enthalten. D.h. alle Parameter, die für diese neue Schnittstelle eingehalten werden müssen, insbesondere die Strombelastbarkeit, sind überprüfbar. Die tiefere Integration von Allegro Sigrity OptimizePI ermöglicht es jetzt dem Layouter ohne spezielle Fachkenntnisse die Stabilität des Versorgungssystems zu verbessern. Es werden nach einer Analyse im Hintergrund die Kondensatoren angezeigt, die eine hohe Anschlussinduktivität haben.

Diese hohen Werte entstehen durch die Geometrie des Layouts von der Zufuhr der Versorgungsspannung bis zum Abblockkondensator. Das Screening der Leiterplatte kann in wenigen Minuten tausende von Kondensatoren nach der Qualität der Anschlussinduktivität sortieren. Durch Cross probe zwischen dem Report und der entsprechenden Stelle im Layout kann sehr schnell und einfach die Zuleitung verbessert und gleichzeitig die Qualität der Versorgungsspannung ohne Mehrkosten deutlich gesteigert werden.

Ein ähnliches Verfahren ist auch für die EMV-Stabilität der Versorgungslagen möglich. Nach einer Simulation wird gezeigt, auf welchen Versorgungslagen es zu Resonanzen kommt. Das Tool gibt verschiedene Vorschläge an, wie sich durch ein oder zwei zusätzlich platzierte Kondensatoren diese Resonanzfrequenzen beseitigen und somit schwingende Versorgungslagen stabilisieren lassen.

Dieser Beitrag ist auf unserem Partnerportal Elektronikpraxis erschienen.

* Dirk Müller ist Geschäftsführer der FlowCAD EDA-Software Vertriebs GmbH in Feldkirchen.

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