當(dāng)前主流PCB SI工具的特點(diǎn)

2016-12-06 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

本文就目前PCB用戶需求情況和主流SI工具(Cadence SQ、Mentor Hyperlynx和ICX/Tau)功能和特點(diǎn)上作比較和說(shuō)明,幫助銷售經(jīng)理了解對(duì)手產(chǎn)品、理解用戶需求從而正確定位銷售目標(biāo)并制訂有效的銷售策略。注意考慮到銷售經(jīng)理的理解,本文沒(méi)有深入討論技術(shù)和工具細(xì)節(jié),也沒(méi)有使用專業(yè)術(shù)語(yǔ),有些提法上不一定正確。

PCB SI問(wèn)題和目前的情況
PCB SI可以簡(jiǎn)單地分成三個(gè)類別:

時(shí)序問(wèn)題(Timing)問(wèn)題。時(shí)序問(wèn)題是關(guān)鍵問(wèn)題,目前的設(shè)計(jì)者基本上采用核心芯片廠家的現(xiàn)成方案,因此設(shè)計(jì)中主要的一部分工作是如何保證PCB能夠符合芯片工作要求的時(shí)序。
普通SI問(wèn)題。即解決驅(qū)動(dòng)問(wèn)題、端接電阻或串接阻尼電阻數(shù)值的計(jì)算、PCB層壓結(jié)構(gòu)和特性阻抗計(jì)算,走線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析。
微波段傳輸問(wèn)題。即通常所稱的GHz SI。設(shè)計(jì)需要解決傳輸鏈路上因?yàn)樽呔€、過(guò)孔和材料等小尺寸形狀引起的各種通常只有在微波領(lǐng)域才會(huì)考慮的問(wèn)題。

對(duì)于普通SI問(wèn)題,Hyperlynx、SQ和ICX都可以很好解決。國(guó)內(nèi)用戶基本上已經(jīng)掌握了如何處理和分析普通SI問(wèn)題。就工具而言,SQ、Hyperlynx或ICX都可以很好解決。性能上,SQ的長(zhǎng)處是它本身就是一個(gè)PCB布局布線工具,因此其適合實(shí)際PCB布局布線上性能上比較好,也即現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試(On-The-Fly)性能比較好。但是SQ沒(méi)有時(shí)序分析能力,只有簡(jiǎn)單有限的時(shí)序測(cè)量功能。Hyperlynx優(yōu)點(diǎn)是容易使用,不過(guò)既沒(méi)有時(shí)序分析功能,也無(wú)時(shí)序測(cè)量功能。相當(dāng)來(lái)說(shuō),Hyperlynx在EMC預(yù)測(cè)上比較方便,這是Hyperlynx的優(yōu)點(diǎn)。ICX其GUI上的弱點(diǎn)和設(shè)置的復(fù)雜性使得用戶不大愿意采用該工具。目前普通SI問(wèn)題,主要是PCB 布線設(shè)計(jì)者在進(jìn)行。原理圖設(shè)計(jì)者則基本不做該方面的工作。主要原因是工具使用不熟悉和對(duì)SI了解較少。另外,還有相當(dāng)多的國(guó)內(nèi)用戶還不了解基本邏輯工作電平要求和阻抗概念,不了解Source-Load驅(qū)動(dòng)分析。由此造成不少前期設(shè)計(jì)的PCB因?yàn)槠骷S家的替換,引起系統(tǒng)工作異常而重新設(shè)計(jì)。一個(gè)典型的例子是只能選用Pericon 16245的而不能使用TI的16245的,這樣的例子發(fā)生過(guò)多次。

時(shí)序問(wèn)題,目前國(guó)內(nèi)用戶基本沒(méi)有掌握。少數(shù)SQ的用戶會(huì)采用Excel表來(lái)編制時(shí)序要求,后期把從SQ中測(cè)量出的參數(shù)手工填寫到Excel表中去計(jì)算是否最終設(shè)計(jì)符合時(shí)序要求。即使這樣,能了解時(shí)序的人很少,無(wú)論是原理圖設(shè)計(jì)者和PCB布線設(shè)計(jì)者都很難從芯片數(shù)據(jù)單中讀懂時(shí)序。許多時(shí)候,由于錯(cuò)誤的約束造成了設(shè)計(jì)的多次反復(fù)。時(shí)序問(wèn)題主要并行接口的問(wèn)題。從下圖中,可以看到目前接口上的復(fù)雜性。由于這些接口都是新的接口,速度從50Mhz-500MHz不等,對(duì)時(shí)序要求很高,走線的延遲是主要的問(wèn)題,國(guó)內(nèi)用戶短時(shí)間內(nèi)還沒(méi)有掌握這些接口,因此后期的時(shí)序驗(yàn)證基本上無(wú)力進(jìn)行。

微波段傳輸問(wèn)題是串行接口引起的,在通訊上特別重要,主要是解決多板問(wèn)題,即插卡核心芯片-連接器-背板-連接器-插卡核心芯片鏈路上的傳輸問(wèn)題。串行鏈路沒(méi)有時(shí)序問(wèn)題,只有傳輸問(wèn)題,需要解決因頻率到達(dá)微波段引起的信號(hào)幅度和01比特流變化引起的碼間干擾問(wèn)題。該部分問(wèn)題必須采用頻域和時(shí)域工具結(jié)合。目前主流的SQ,Hyperlynx和ICX處理這些問(wèn)題還不是很有效。Cadence在SQ中推出了一個(gè)報(bào)價(jià)20萬(wàn)美金的MGH工具(SI 630)來(lái)解決這些問(wèn)題,這個(gè)工具實(shí)際采用者很少,表面上看起來(lái)和SQ沒(méi)有差別,但它加入了一個(gè)提取3D過(guò)孔的工具和一個(gè)將S參數(shù)轉(zhuǎn)換回時(shí)域工具支持的表格參數(shù)的快速仿真功能。Hyperlynx和ICX處理S參數(shù)都是采用Eldo來(lái)完成的,但由于缺乏MGH里的算法分析長(zhǎng)比特流在所需時(shí)間上是不實(shí)際的。

從嚴(yán)格的角度看,這些工具處理微波段還是無(wú)效的,因?yàn)榛ミB結(jié)構(gòu)3D提取只有依靠3D場(chǎng),另外必須考慮多板系統(tǒng)之間非理想地的影響,而這些工具都是無(wú)法支持非理想地的。因此,實(shí)際上用戶需要采用Ansfoft HFSS等工具。該部分的SI是目前熱點(diǎn),許多用戶發(fā)表論文均是和此相關(guān)的。雖然如此,對(duì)于普通的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者而言,實(shí)際上這部分工作不是主要的,相對(duì)來(lái)說(shuō)芯片廠家則必須采用這些工具來(lái)解決芯片Serdes設(shè)計(jì)和系統(tǒng)可應(yīng)用性問(wèn)題。通常的解決方法是使用HFSS提取過(guò)孔、走線的S參數(shù),然后采用手工或其它工具如Optimal的SI Assit來(lái)處理提取的S參數(shù)使得可以為HSPICE等時(shí)域工具接受(幾乎HFSS參數(shù)提取的所有S參數(shù)必須處理后才能在時(shí)域工具中使用)。這個(gè)過(guò)程不大容易,只有少數(shù)專家級(jí)工程師才有能力,因?yàn)楣ぞ呓o出的結(jié)果沒(méi)有直觀的意義,只有具有好的背景理論才能理解結(jié)果。國(guó)內(nèi)用戶之所以熱心該方面,主要的原因估計(jì)是想提高自己的專業(yè)水平,倒不是眼前實(shí)際工作需求。因此,Ansoft目前還夠不成實(shí)際的競(jìng)爭(zhēng)。

至于PCB上的PI,即電源完整性,目前沒(méi)有實(shí)際可用的工具。Ansoft的SIwave和Sigrity的SPEED2000,PowerSI都沒(méi)有實(shí)際用途,算法上也無(wú)特殊點(diǎn),其聲稱的東西實(shí)際上無(wú)效。只有Optimal的工具倒是概念上比較好,但目前只是Beta。其Beta版本和PCB接口非常差,短時(shí)間內(nèi)不大會(huì)被用戶接受。

從上面的情況可以明確看出,將時(shí)序分析和普通SI分析結(jié)合一體的工具是最有市場(chǎng)的,是主要的SI市場(chǎng),Mentor可以將主要市場(chǎng)推銷放在此上面,新的ICX性能提供,應(yīng)當(dāng)能夠吸引SQ用戶轉(zhuǎn)向這類工具。Mentor的ICX+Tau從概念上具有這樣的能力,但本身目前性能上不理想,改進(jìn)太慢。而最近另外一家公司Sisoft推出的工具Quantum-SI具有這樣的功能,該工具雖剛推出,但非常切合目前用戶的需求。

PCB SI工具功能比較
很明顯,一個(gè)理想的主流PCB SI工具應(yīng)該是時(shí)序分析和SI分析結(jié)合一體的工具。下面的分析中,以Sisoft公司的Quantum-SI為標(biāo)桿,這樣做的目的有利于理解SQ、Hyperlynx和ICX/Tau。
關(guān)于Sisoft的背景見其網(wǎng)站相關(guān)工具下。但這不影響對(duì)SQ、Hyperlynx和ICX/Tau的比較。
價(jià)格
Hyperlynx 價(jià)格并不低,作為一個(gè)普及型SI工具價(jià)格比較高。Quanum-SI的價(jià)位在9000-40000美元。Hyperlynx是5000-50000,下面是Sisoft的比較表:
Mentor的Tau需要35000-45000美金。相比之下,Hyperlynx并無(wú)價(jià)格優(yōu)勢(shì)。ICX+Tau價(jià)格?估計(jì)在150000美金,高于SQ的120000美金。但Cadence 630更貴,200000萬(wàn)美金。價(jià)格貴的問(wèn)題是如果用戶將Mentor方案和Cadence方案上報(bào)審核,有可能管理部門會(huì)選擇價(jià)格低的。
易用性
ICX/Tau用戶掌握比較困難,SQ則比較容易,Hyperlynx是最容易的。如果用戶不是迷信SQ的話,會(huì)非常容易接受Hyerlynx。而且現(xiàn)在V7.5版本顯示性能提升了,相反SQ由于添加了不少功能,顯得設(shè)置更為復(fù)雜。
時(shí)序分析能力
目前時(shí)序分析特別重要。高速PCB布局設(shè)計(jì)的本質(zhì)問(wèn)題是要解決時(shí)序問(wèn)題。采用Excel工具進(jìn)行時(shí)序計(jì)算很困難,需要用戶了解多種新的復(fù)雜并行接口的時(shí)序要求。Tau從概念上看非常好,特別是和ICX結(jié)合在一起解決了前后時(shí)序分析。SQ基本上可以說(shuō)沒(méi)有時(shí)序分析功能(有簡(jiǎn)單的時(shí)序測(cè)量功能),Hyperlynx則完全沒(méi)有時(shí)序分析和測(cè)量功能。但是Tau也存在問(wèn)題。Tau和Mentor力推的DxDesigner沒(méi)有直接接口,只是和Design Architect和Design View有接口;Tau本身的Schematic View性能太差,因此EDIF格式的第三方原理圖數(shù)據(jù)實(shí)際上無(wú)法使用;Tau本身缺乏模型支持,需要用戶自己寫模型,而且還需要第三方工具TimeDesigner配合。
如果能夠構(gòu)建些Tau的模型,培訓(xùn)用戶掌握Tau模型的創(chuàng)建,那么將具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這是Cadence短期內(nèi)無(wú)法趕上的。除非Cadence收購(gòu)TimeDesigner創(chuàng)建一個(gè)新的板級(jí)時(shí)序分析工具。這方面Quantum-SI比ICX+Tau要強(qiáng)。其GUI,常用接口設(shè)計(jì)包(實(shí)際上很少,要后期才推出),SI測(cè)量非常有特點(diǎn)。
同步開關(guān)噪聲(SSO)和串?dāng)_分析
Hyperlyx,SQ和ICX都不能分析SSO,串?dāng)_分析功能也相當(dāng)有限。這個(gè)Sigrity留下了市場(chǎng)機(jī)會(huì)。
Quantum-SI可以進(jìn)行復(fù)雜的多板系統(tǒng)分析,據(jù)說(shuō)能夠支持SSO,如下圖。但據(jù)我估計(jì),其只能做到和ICX或SQ相同水平。
仿真設(shè)置
Hyperlynx最為簡(jiǎn)單,ICX比較不方便,SQ比ICX要方便。但Hyperlyxn也有其缺點(diǎn),就是測(cè)量上幾乎沒(méi)有固定的設(shè)置。這方面比較好的是Quantum-SI,如下圖,可以一次性設(shè)置多個(gè)網(wǎng)絡(luò),同時(shí)內(nèi)嵌了45種復(fù)雜的測(cè)量模式。這方面,SQ和ICX都不如Quantum-SI
關(guān)于具體的對(duì)比見附錄A(來(lái)自Sisoft)
總結(jié)
因此,從目前的情況看,用戶最需要的是一個(gè)時(shí)序分析和SI結(jié)合一體的工具,而且界面要優(yōu)化,設(shè)置要簡(jiǎn)單,同時(shí)需要包括Design KIT。ICX+Tau如果能夠象Quantum-SI一樣性能得到改進(jìn),那么將會(huì)受到用戶歡迎。由于Mentor具有設(shè)計(jì)前端和后端,ICX+Tau的優(yōu)勢(shì)是其它工具無(wú)法取代的。

可能大家對(duì)Sisoft還不太了解,下面的鏈接里面有Sisoft在近幾年DesignCon上發(fā)表的論文,全部是Timing相關(guān)的,叢這些論文中,可以叢一個(gè)側(cè)面認(rèn)識(shí)一下Sisoft的SI、Timing、SSO仿真工具:
http://www.sisoft.com/papers.asp

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