Cadence高级功能实操：信号完整性仿真避坑与参数调优

实测Cadence Allegro 17.4版本的信号完整性功能时, 陷入关于信号完整性仿真的“反射噪声达到超出界限状态”以及“串扰分析出现错误提示”两次困境；然而即使如此, 新手若按步骤逐步实施操作, 便可轻易躲开此类比较常见的问题。

第一个实操步骤：配置仿真堆栈与材料参数

开启Allegro PCB SI, 步入Setup菜单入口, 择取Cross – Section Editor程序组件。于弹出窗口之中, 逐个顺序添入各层结构: 首当先选中顶层Top, 接着增添内层GND, 继而是中间信号层, 最后为底部Bottom。把每层厚度一概设定为1.2mil, 其所置介电常数按默认值4.2。触动每一行, 右侧Material下拉菜单务必选准确——FR4乃常规板材。选了FR4后在高频板挑选时则选Rogers 4350B。完成上述举动再点击OK进行保存。

【新手需避之坑】, 常见出现的报错为: “Dielectric constant out of range” , 其核心的原因在于: 新手错误地将介电常数填成了损耗角正切值, 快速的解决办法是: 回到Cross-Section Editor, 去检查Material参数, 需知FR4介电常数固定为4.2, 损耗角正切值是0.02, 不可以混淆。

关键参数最优推荐值：差分阻抗100Ω

在这个仿真的场景之中, 以差分阻抗控制处于100Ω作为最优的推荐数值。其理由在于, 大多数DDR4跟PCIe这种的信号标准, 都明确地去规定了100Ω的差分阻抗, 一旦偏离了这个数值, 就会直接致使反射噪声跟着增大以及眼图闭合的情况出现。借助调整线宽还有间距（线宽为5mil、间距为6mil）就能够达成100Ω, 经过实测的数据是稳定的。

第二个实操步骤：设定激励源与探测点

在原理图里头, 寻觅到你打算去分析的差分对, 接着通过右键, 选取Assign Model这一选项, 以此给传输线委派IBIS模型。IBIS文件的路径, 务必要是英文形式, 且不可以存在空格。随后返回PCB Editor, 依次点击进入Analysis, 再选择SI/PI Simulation, 接着去到Probe Setup, 于差分对的两端分别放置一个探针。在激励源类型那里选择Step这个选项, 将有关上升时间的数值设定为50ps, 把电压的值确定为3.3V。

新手请注意避开的坑, 常见的报错情况是，出现“IBIS model not found”, 其核心原因在于, IBIS文件放置在了存在中文或者空格的目录之中, 又或者是模型名称跟元件不匹配, 快速的解决办法是, 要把IBIS文件复制到全英文的路径下面, 将其重命名为跟元件PIN名相同, 然后再重新进行Assign Model。

高频完整报错与解决流程

“Error: Simulation failed — Convergence issues at time step 0.001ns.”, 此为报错内容, 在设置完激励源后, 点击Run Simulation立刻弹出, 这是发生场景, 核心原因是收敛失败, 并且时间步长过小。彻底完整的搞定流程: 头一步, 把当下正在进行的仿真窗口予以关闭；第二步, 进入 Setup -> Options里边, 将 Max Time Step 从 0.001ns 修改为 0.01ns ；第三步, 把 Relative Tolerance 从默认的 1e – 6 变更为 1e – 4 ；第四步, 对 Use Initial Conditions 进行勾选；第五步, 再度运行仿真, 报错的情况便消失了。

第三种实操方案对比：单端与差分仿真取舍

于Cadence里对单端信号以及差分信号展开仿真, 其方案取舍的逻辑存在差异。单端仿真适配时钟线、复位线, 参数设置较为简易: 激励源选取Pulse, 电压为3.3V, 阻抗是50Ω。差分仿真适用于像DDR4那样的数据总线, 参数更为繁杂: 激励源选用Step, 差分阻抗100Ω, 线间距6mil。由实测进行对比: 单端仿真仅仅占用30秒, 差分仿真则需3分钟, 然而差分的结果抗干扰能力更为强劲, 眼图张开度提升了15%。倘若时间处于紧迫状态, 并且信号的频率是低于1GHz的情况, 那么能够优先去做单端仿真的事儿；要是信号的频率是比1GHz高的状况了, 那就一定得去做差分仿真的事情。

第四个实操步骤：分析仿真结果并导出报告

结束仿真运行之后, 去点击Results -> Waveform Plot, 以此查看反射以及串扰波形。要是在波形当中存在超过0.5V的尖峰, 那就表明反射情况严重。将鼠标指针移至Report之上接着点击它使之展开, 从中寻觅以Generate Report命名的选项加以击打操作, 于众多提供的格式之中挑选HTML这种格式, 把Include Eye Diagram的设置项进行勾选, 随后再去点击Generate并使其得以实现相应动作, 凭借如此一系列操作之后所生成的报告文件将会被妥善保存至本地存储设备之中, 该报告文件里面所涵盖的内容有眼图、阻抗曲线以及时域波形。

【新手避开陷阱】, 常见出现的错误提示: 波形所呈现出的图形是空白状的, 不存在任何东西。其核心的缘由是: 用于探测的针没有放置在正确的位置上, 或者激励源未被激活。快速的解决办法是: 返回到Probe Setup界面之中, 确认用于探测的针是否在信号差分对的两端各自放置了一个, 并且在Source那一列有打勾的情况。要是这样做了仍然不行的话, 那就将所有用于探测的针删除之后重新放置一次。

不是这种手段不适用于超高频信号, 就是那种大于10GHz范围的精确仿真, 为啥不适用的, 那原因是Cadence Allegro 17.4这款软件内置的算法就是有个特性, 当它接近毫米波频段的时候, 这个误差就会明显增大起来。关于处理此事的办法, 那就是替换实施方案, 可以考虑一下改用Cadence Sigrity或者是Keysight ADS来做3D全波仿真, 这样一来精确度可是会更高一些的。