Vítejte, dnes je
pátek
19.
duben
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Programy Hyperlynx společnosti Mentor Graphics představují soubor vzájemně na sebe navazujících programů, které jsou určeny pro analýzy přenosu signálu plošným spojem a nově také pro analýzy integrity napájení na desce. V průběhu mnohaletého vývoje se tyto programy staly vyspělým nástrojem i pro velmi náročné aplikace. Jejich nespornou výhodou je uživatelsky přívětivé prostředí a snadné vyhodnocování výsledků. Staly se proto pomocníkem běžných návrhářů plošných spojů bez nutnosti mít ve firmě experta na analýzy. Podle typu prováděných analýz lze programy Hyperlynx rozdělit do dvou skupin: Signal Integrity (SI) analýzy a Power Integrity (PI) analýzy.
Obr. 1. Schéma pro SI analýzu
Nalézt chybu na desce již během návrhu nebo ihned po něm je podstatně méně časově i finančně náročné, než tento problém hledat na již vyrobené desce.
Při používání rychlých součástek se výrazně komplikuje přenos signálu plošným spojem (Signal Integrity), protože se chová jako přenosová linka, na které dochází k odrazům, zakmitávání, přeslechům a vyzařování do okolí. Jelikož nelze vždy plošný spoj zkrátit, spočívá možné řešení v přidání zakončovacích členů na spoj, např. v podobě sériového odporu. Při používání velmi rychlých obvodů se hodnota odporu stává kritická v úzkém rozsahu hodnot, takže i pro velmi zkušeného návrháře DPS je obtížné či nemožné správně tuto hodnotu odhadnout a aplikovat. Provedená analýza SI odhalí slabá místa v přenosu signálu a navrhne řešení ve zkrácení spoje o určitou délku, vhodným zakončovacím členem s přesnou hodnotou nebo změnou rozložení vrstev desky.
Obr. 2. SI analýza plošného spoje
Cílem analýz Power Integrity (PI) je kontrola napájecích poměrů na desce. Tato problematika vystupuje do popředí zejména s používáním výkonných, velmi rychlých obvodů s nízkým napájecím napětím, kde i malé úbytky napájecího napětí vzniklé vlivem rychlého spínání součástek způsobují problémy. Analýza nalezne na desce místa s nevhodným řešením rozvodu napájecího napětí včetně zjištěných napěťových poměrů. To usnadní následující nápravu.
LineSim je interaktivní program určený pro analýzu přenosu signálu ještě před vlastním návrhem desky. Předvídá průběh přenosu signálu plošným spojem a umožňuje tak dopředu vhodně definovat parametry desky (šířka a maximální délka spoje, jeho správné zakončení, minimální izolační mezery atd.). Plošný spoj je nahrazen přenosovou linkou s určitými parametry, zadá se předpokládaná geometrie spoje, parametry desky a součástky se nahradí odpovídajícími IBIS modely. Program následně provede analýzu vybraného spoje a na obrazovce digitálního osciloskopu zobrazí průběh signálu v jednotlivých připojených místech. V případě nalezení problému program navrhne řešení (omezit délku spoje, zvětšit izolační mezery, vložit vhodný typ zakončovacího členu s konkrétní hodnotou…).Vzhledem k tomu, že se analýza provádí ve schématu, není tento program vázán na jiný návrhový systém (nepotřebuje interface).
Obr. 3. Spektrální analýza plošného spoje
BoardSim analyzuje přenos signálu vybranými nebo všemi spoji na již navržené desce. Analýza probíhá na pozadí (výsledkem jsou podrobná hlášení) nebo interaktivně pomocí vestavěného osciloskopu. V obou případech program navrhne způsob řešení nalezeného problému (zkrátit spoj, použít zakončovací člen – např. odpor určité hodnoty…). Zohledňuje přitom vzájemnou polohu jednotlivých spojů, jejich geometrické vlastnosti (šířka, tloušťka) a parametry desky (materiál, tloušťka měděné vrstvy, dielektrické vlastnosti atd.). Analýzy přenosu signálu se neomezují pouze na jednu desku, ale mohou simulovat poměry i na několika vzájemně propojených DPS.
Analýzy integrity napájecích poměrů na desce jsou podle svého zaměření rozděleny do dvou oblastí. Hyperlynx PI DC Drop provádí analýzu kolísání napájecího napětí v rozvodné síti desky, zjistí místa s přílišným proudovým zatížením a umožní navrhnout správné tvary a velikosti napájecích ploch a rozvodu napájení. Hyperlynx PI Decoupling optimalizuje impedanci rozvodu napájení, zjistí skutečně potřebný počet blokovacích kondenzátorů a umožní jejich správné umístění na desce.
Programy Hyperlynx mají návaznost na následující návrhové systémy DPS:
