一种基于云技术的PCB信号完整性仿真系统及其仿真方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于云技术的PCB信号完整性仿真系统，包括数据上传模块，将PCB设计数据上传到云端储存；数据分析模块，根据PCB设计数据分析提取需要仿真的信号通道；并根据信号通道中数据参数进行驱动和接受芯片的IBIS模型选择，传输线和串孔及芯片封装的电磁场模拟算法选择，生成仿真设置；仿真运算模块，根据仿真设置及PCB设计数据采用2维或3维电磁场模拟软件对传输线和串孔、芯片封装分别提取电路模型，组成SPICE仿真电路，对SPICE仿真电路进行信号激励，生成SPICE仿真电路模拟数据；数据处理模块，对模拟数据进行分析，提取经过信号激励的SPICE仿真电路信号特征参数并产生眼图；仿真分析报告模块，对模拟数据及提取出的各类信号特征参数，编成仿真分析报告。

A PCB Signal Integrity Simulation System Based on Cloud Technology and Its Simulation Method

The invention discloses a PCB Signal Integrity simulation system based on cloud technology, including data upload module, which uploads PCB design data to the cloud for storage; data analysis module, which extracts signal channels to be simulated according to PCB design data analysis; and carries out IBIS model selection of driving and receiving chips according to data parameters in signal channels, transmission lines, serial holes and chip encapsulation electricity. According to the simulation settings and PCB design data, 2-D or 3-D electromagnetic field simulation software is used to extract circuit models of transmission lines, serial holes and chip packages to form SPICE simulation circuit, which stimulates the signal of SPICE simulation circuit, generates SPICE simulation circuit simulation data processing module, and processes the simulation data. The signal characteristic parameters of SPICE simulation circuit stimulated by signals are extracted and eye diagrams are generated. The simulation analysis report module compiles the simulation analysis report for the analog data and the extracted signal characteristic parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种基于云技术的PCB信号完整性仿真系统及其仿真方法
本专利技术涉及一种基于云技术的PCB信号完整性仿真系统及其仿真方法。
技术介绍
PCB的信号完整性是保证高性能，低功耗电子产品的必备条件。用信号完整性(SI)的专业软件进行模拟仿真可尽早的发现设计错误，从而避免因信号完整性导致产品的失败。不同于电子信号的实际测量，SI的模拟仿真软件(EDA)是用数值分析的算法来得到电子信号各个传输点及不同时间的电压，电流及相关数据。电子信号从驱动电子器件的出口途径传输通道到达接受电子器件的入口。整个传输过程经过各类物理器件，包括芯片的I/Obuffer，芯片封装，PCB上的传输线，不同叠层的串孔，被动电子器件，连接器等。模拟仿真软件首先必须对各类物理器件做电路的模型提取。各类电路模型构建成可仿真的电路图，然后对生成的电路加以电子信号的激励及边界条件并用SPICE作整个系统的仿真。要在尽短的时间内得到高精度的仿真结果，不仅需要有高精度的专业仿真软件和高端的运算服务器，还必须有SI专家对仿真软件进行设置，对软件的输入和输出文件进行处理。而这些设置和处理需要丰富的专业知识和长期的经验积累。这也成为当今用SI仿真进行信号完整性分析验证的最大挑战。对仿真软件的使用通常遇到以下的挑战：1)仿真算法的设置。芯片封装，传输线和串孔的电路模型提取通常是基于用数值分析的方法来解电磁波的场方程组(麦克斯韦方程组)。不同的数值算法(有限元，GREEN函数，2维，3维)对模型提取的精度影响很大。同时对计算机的硬件资源需求及运算时间影响更大。对不同的设计场景，应用和计算机硬件资源，选用最有效的算法是一个专业性非常高的课题。2)芯片的驱动端和接受端的模型的选择。这类的模型通常用IBIS语言描述并由芯片厂商提供。但同样的芯片用于不同的场景可用不同的IBIS模型，包括对驱动端的驱动阻抗和接受端的ODT值的选择。3)SPICE模拟电路的搭建。将整个传输通道的不同物理器件的模型，从芯片，封装，传输线，串孔到接口，搭建成电路用来进行SPICE模拟仿真。不匹配的模型常会导致SPICE的模拟不收敛，从而得不到正确的仿真结果。对于SPICE模拟不匹配的物理器件模型必须作数据的匹配处理。4)仿真结果的验证。不同的高速信号必须满足不同的交互协议规范。完整的仿真分析报告必须检测仿真结果是否满足IEEE的协议规范。现有技术缺点：基于现有技术，完成信号完整性仿真需要1)购买专业的EDA软件；2)必须有高端的计算服务器；3)具有信号完整性专业知识的设计人员来完成对仿真软件的设置，仿真数据的后处理及验证和仿真分析报告的汇编。这些障碍加大了仿真的成本，无法保证仿真对设计优化的及时性和有效性。更由于专业人才的缺乏，使得SI仿真这一非常有效的信号完整性验证手段无法得到广泛的应用。
技术实现思路
基于上述的问题，本专利技术提出了一个基于云技术的PCB信号完整性仿真平台(即系统)。设计工程师只要将PCB设计文件及相关的PCB生产信息(包括叠层的厚度，导体的电阻率，介质的电容率等)上传到平台，通过云端的仿真平台就可得到SI仿真分析的报告。用户不再需要拥有仿真软件和高端的运算服务器。更不需要有SI专业人员进行SI仿真分析的操作。一种基于云技术的PCB信号完整性仿真方法，包括如下步骤：数据上传步骤，将PCB设计数据上传到云端储存；数据分析步骤，根据所述PCB设计数据分析提取需要仿真的信号通道，所述信号通道包括驱动和接受芯片、传输线和串孔以及芯片封装；并根据提取的信号通道中的数据参数进行驱动和接受芯片的IBIS模型选择、传输线和串孔及芯片封装的电磁场模拟算法的选择从而生成仿真设置；仿真运算步骤，根据所述仿真设置及PCB设计数据采用2维或3维电磁场模拟软件对传输线和串孔、芯片封装分别提取电路模型，并与驱动和接受芯片的电路模型一起组成可用于SPICE仿真的电路，并对所述SPICE仿真电路进行信号激励，最后生成关于SPICE仿真电路的模拟数据；数据处理步骤，对所述SPICE仿真电路的模拟数据进行分析，提取经过信号激励的SPICE仿真电路的信号特征参数并产生眼图；仿真分析报告步骤，对分析后的模拟数据及提取出的各类信号特征参数，汇编成仿真分析报告。优选的，所述数据分析步骤中：对驱动和接受芯片是根据芯片的厂商和型号在芯片厂商的网站上得到相关芯片的IBIS模型文件；驱动芯片的IBIS模型的选择是基于驱动芯片的内阻抗值作上升沿仿真，使得上升时间小于10％的时钟周期；接受芯片的IBIS模型的选择是基于通道的阻抗匹配；对阻抗是50Ohm的传输线，选择ODT最接近50Ohm。优选的，所述仿真运算步骤中：传输线的S-参数模型采用2维或3维的电磁场模拟软件进行提取，2维或3维的电磁场模拟软件的选择是基于数据的传输频率和带宽，带宽超过2G选用3维电磁场模拟软件；串孔的S-参数模型采用3维的电磁场模拟软件进行提取；芯片的封装模型用SiWave来提取；仿真的信号激励是基于PseudoRandomBitSequence产生。优选的，所述数据处理步骤中：信号特征参数包括时延、抖动、反射损耗和TDR；时延参数的提取是基于SPICE从信号的驱动端到接受端的通道仿真(时域)，时延仿真是用同样的驱动端和接受端的IBIS模型以保证数据的一致性；反射损耗和TDR是基于ANSYSSiWave对通道的SI分析直接获得(频域和时域)；眼图和抖动的产生是基于仿真运算步骤中的仿真数据(时域)用以下的方法产生；A：将信号按周期切断并重叠，这就产生了信号的眼图；B：假设T(n)是第n周期信号上升沿达到50％的信号顶值，上升沿抖动的参数用以下的公式得到：信号上升沿抖动＝max{|T(i)-T(j)|}其中i和j是任何一个仿真周期；C：类似可提取下升沿抖动的参数；假设T(n)是第n周期信号下升沿达到50％的信号顶值，信号下升沿抖动＝max{|T(i)-T(j)|}其中i和j是任何一个仿真周期。优选的，所述的PCB设计数据包括PCB设计文件及相关的PCB生产信息，所述PCB设计文件包括Layout文档，叠层信息和BOM资料；所述PCB生产信息包括叠层的厚度、导体的电阻率以及介质的电容率。本专利技术还提供了一种基于云技术的PCB信号完整性仿真系统，包括数据上传模块，用于将PCB设计数据上传到云端储存；数据分析模块，用于根据所述PCB设计数据进行分析提取需要仿真的信号通道，所述信号通道包括驱动和接受芯片、传输线和串孔、以及芯片封装；并根据提取的信号通道中的数据参数进行驱动和接受芯片的IBIS模型的选择，传输线和串孔及芯片封装的电磁场模拟算法的选择，从而生成仿真设置；仿真运算模块，用于根据所述仿真设置及PCB设计数据采用2维或3维电磁场模拟软件对传输线和串孔、芯片封装分别提取电路模型，并与驱动和接受芯片的电路模型一起组成可用于SPICE仿真的电路，并对所述SPICE仿真电路进行信号激励，最后生成关于SPICE仿真电路的模拟数据；数据处理模块，用于对所述SPICE仿真电路的模拟数据进行分析，提取经过信号激励的SPICE仿真电路的信号的特征参数并产生眼图；仿真分析报告模块，用于对分析后的模拟数据及提取出的各类信号特征参数，汇编成仿真分析报告。优选的，所述数据分析模块中：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于云技术的PCB信号完整性仿真方法，其特征在于：包括如下步骤：数据上传步骤，将PCB设计数据上传到云端储存；数据分析步骤，根据所述PCB设计数据分析提取需要仿真的信号通道，所述信号通道包括驱动和接受芯片、传输线和串孔以及芯片封装；并根据提取的信号通道中的数据参数进行驱动和接受芯片的IBIS模型选择、传输线和串孔及芯片封装的电磁场模拟算法的选择从而生成仿真设置；仿真运算步骤，根据所述仿真设置及PCB设计数据采用2维或3维电磁场模拟软件对传输线和串孔、芯片封装分别提取电路模型，并与驱动和接受芯片的电路模型一起组成可用于SPICE仿真的电路，并对所述SPICE仿真电路进行信号激励，最后生成关于SPICE仿真电路的模拟数据；数据处理步骤，对所述SPICE仿真电路的模拟数据进行分析，提取经过信号激励的SPICE仿真电路的信号特征参数并产生眼图；仿真分析报告步骤，对分析后的模拟数据及提取出的各类信号特征参数，汇编成仿真分析报告。

【技术特征摘要】
1.一种基于云技术的PCB信号完整性仿真方法，其特征在于：包括如下步骤：数据上传步骤，将PCB设计数据上传到云端储存；数据分析步骤，根据所述PCB设计数据分析提取需要仿真的信号通道，所述信号通道包括驱动和接受芯片、传输线和串孔以及芯片封装；并根据提取的信号通道中的数据参数进行驱动和接受芯片的IBIS模型选择、传输线和串孔及芯片封装的电磁场模拟算法的选择从而生成仿真设置；仿真运算步骤，根据所述仿真设置及PCB设计数据采用2维或3维电磁场模拟软件对传输线和串孔、芯片封装分别提取电路模型，并与驱动和接受芯片的电路模型一起组成可用于SPICE仿真的电路，并对所述SPICE仿真电路进行信号激励，最后生成关于SPICE仿真电路的模拟数据；数据处理步骤，对所述SPICE仿真电路的模拟数据进行分析，提取经过信号激励的SPICE仿真电路的信号特征参数并产生眼图；仿真分析报告步骤，对分析后的模拟数据及提取出的各类信号特征参数，汇编成仿真分析报告。2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于：所述数据分析步骤中：对驱动和接受芯片是根据芯片的厂商和型号在芯片厂商的网站上得到相关芯片的IBIS模型文件；驱动芯片的IBIS模型的选择是基于驱动芯片的内阻抗值作上升沿仿真，使得上升时间小于10％的时钟周期；接受芯片的IBIS模型的选择是基于通道的阻抗匹配；对阻抗是50Ohm的传输线，选择ODT最接近50Ohm。3.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于：所述仿真运算步骤中：传输线的S-参数模型采用2维或3维的电磁场模拟软件进行提取，2维或3维的电磁场模拟软件的选择是基于数据的传输频率和带宽，带宽超过2G选用3维电磁场模拟软件；串孔的S-参数模型采用3维的电磁场模拟软件进行提取；芯片的封装模型用SiWave来提取；仿真的信号激励是基于PseudoRandomBitSequence产生。4.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于：所述数据处理步骤中：信号特征参数包括时延、抖动、反射损耗和TDR；时延参数的提取是基于SPICE从信号的驱动端到接受端的通道仿真，时延仿真是用同样的驱动端和接受端的IBIS模型以保证数据的一致性；反射损耗和TDR是基于ANSYSSiWave对通道的SI分析直接获得；眼图和抖动的产生是基于仿真运算步骤中的仿真数据用以下的方法产生；A：将信号按周期切断并重叠，这就产生了信号的眼图；B：假设T(n)是第n周期信号上升沿达到50％的信号顶值，上升沿抖动的参数用以下的公式得到：信号上升沿抖动＝max{|T(i)-T(j)|}其中i和j是任何一个仿真周期；C：类似可提取下升沿抖动的参数；假设T(n)是第n周期信号下升沿达到50％的信号顶值，信号下升沿抖动＝max{|T(i)-T(j)|}其中i和j是任何一个仿真周期。5.根据权利要求1或2或3或4所述的仿真方法，其特征在于：所述的PCB设计数据包括PCB设计文件及相关的PCB生产信息，所述PCB设计文件包括Layout文档，叠层信息和BOM资料；所述PCB生产信息包括叠层的厚度、导体的电阻率以及介质的电容率。6.一种基于云...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨殿雄，孙振国，
申请(专利权)人：杭州朝辉电子信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33