1、1 SI 仿 真 介 绍信 号 完 整 性 （ SIGNAL INTEGRITY 简 称 SI） 是 指 信 号 在 电 路 中 以 正 确 的 时 序 和 电 压 作 出响 应 的 能 力 。 由 于 信 号 速 率 的 提 高 ， 信 号 在 板 级 的 整 个 传 输 链 路 不 再 是 集 中 参 数 ， 如 传 输 线 、过 孔 、 器 件 封 装 焊 盘 、 连 接 器 等 都 要 看 成 分 布 参 数 ， 这 些 分 布 参 数 会 造 成 信 号 的 延 时 、 阻 抗 不匹 配 引 起 的 信 号 反 射 、 速 率 提 高 造 成 的 趋 肤 损 耗 增 大 、 PCB
2、板 材 的 介 电 损 耗 增 大 等 等 ， 这 些高 速 效 应 均 会 给 信 号 质 量 带 来 一 系 列 恶 化 影 响 ， 如 过 冲 、 振 铃 、 非 单 调 性 、 噪 声 裕 量 减 小 、 上升 下 降 沿 变 缓 、 眼 图 恶 化 、 抖 动 加 大 等 等 ， 最 终 会 导 致 误 码 、 系 统 不 稳 定 等 多 种 产 品 问 题 。1.1 SI 仿 真 内 容SI 仿 真 分 为 前 仿 真 和 后 仿 真 ， 主 要 对 DDR 和 NAND FLASH 的 信 号 完 整 性 进 行 仿 真 ， 具体 内 容 包 括 过 冲 、 振 铃 和 眼 图
3、三 方 面 。过 冲 ： 过 冲 就 是 第 一 个 峰 值 或 谷 值 超 过 设 定 电 压 对 于 上 升 沿 是 指 最 高 电 压 而 对 于 下降 沿 是 指 最 低 电 压 。振 荡 ： 振 荡 和 过 冲 在 本 质 上 是 相 同 的 ， 在 一 个 时 钟 周 期 中 ,反 复 的 出 现 过 冲 和 下 冲 ,我 们就 称 之 为 振 荡 。 振 荡 是 电 路 中 因 为 反 射 而 产 生 的 多 余 能 量 无 法 被 及 时 吸 收 的 结 果 。 振 荡 根 据 表现 形 式 可 分 为 振 铃 和 环 绕 振 荡 。 振 铃 为 欠 阻 尼 振 荡 ,而 环
4、绕 振 荡 为 过 阻 尼 振 荡 。眼 图 ： 指 利 用 实 验 的 方 法 估 计 和 改 善 （ 通 过 调 整 ） 传 输 系 统 性 能 时 在 示 波 器 上 观 察 到 的 一种 图 形 。 眼 图 的 成 因 ： 由 于 示 波 器 的 余辉作 用 ， 扫 描 所 得 的 每 一 个 码 元 波 形 将 重 叠 在 一 起 ， 从而 形 成 眼 图 。阈值电压(Threshold Voltages-V_high_ref and V_low_ref)示波器开始/停止测量的电压，如下图所示：V_high：信号的额定高电平（或最高电压） ；V_high_ref：信号高电平的参考电压
5、（ 80% V_high） ；V_low:信号的低电平（或最低电压） ；V_low_ref：信号低电平的参考电压（V_low+20%V_high） 。如图 1 所示：图 1Tsu：信号建立时间；Th：信号保持时间。信号传输时差：T_high：在眼图中信号高电平所经历的时差（如图 2 中菱形框中上部分实线横杠所示）T_low：在眼图中信号高电平所经历的时差（如图 2 中菱形框中下部分实线横杠所示）V _ h i g hV _ h i g h _ r e fV _ l o w _ r e fV _ l o wT _ h i g hT _ l o weyediagram图 21.2 仿 真 工 具H
6、yperLynx V8.0。1.3 仿真通过的标准过冲和下冲：上升沿信号的波峰值超过最高电压的个数小于 3 个，过限幅值20%最高电压；下降沿信号的波谷值低于最低电压的个数小于 3 个，过限幅值20%最高电压。振铃：上升沿信号出现的每个振铃的波谷不能低过 V_high_ref；下降沿信号出现的每个振铃的波峰不能超过 V_low_ref；眼图：(min(T_high, T_low)-( Tsu+ Th)/ ( Tsu+ Th)30%。2 前仿真操作步骤2.1 建立一个新的 LineSim 原理图，点击工具条上的图标 “New LineSim Cell-based Schematic” ，便可以建
7、立一个新的 LineSim 原理图，或者通过菜单选择 File - New Cell-based Schematic。 2.2 选择工具条上绿色的叠层图标“Edit Stackup” ,或者通过 Setup - Stackup-Edit 选项，您将看到一个 6 层板的叠层结构图以及各层和介质层的参数。双击您需要编辑的项目表格,例如双击您需要编辑的项目表格，例如介质层厚度、线宽等等，根据需要编辑顶层、底层和各个走线层、参考层以及介质层的参数，您可以分别选择 Basic、Dielectric 、Metal 、Z0 Planning、Custom View 进行各个项目的编辑。2.3 在 Stack
8、up Edit 中编辑层数，选中需要编辑的层，通过 Edit-Insert Above 或 Edit-Insert Below进行编辑，如图 3 所示：图 32.4 鼠标左键点击第一排的两个 IC 符号以便激活 LineSim 原理图中的驱动器和接收器IC（CELL A0 和 B0） ，点击连接两个 IC 之间的标准的传输线符号，就可以激活此传输线，点击RS(A0)后出现选择电阻、电容、电感的窗口，如图 4 和图 5 所示：图 4图 52.5 添加器件的 IBIS 模型库点击菜单栏中的 Models-Edit Models Library Paths，进入 Set Directories 窗口
9、。在 Set Directories中点击左边的 Edit，进入 Select Directories For IC-Model Files，点击 Add 后出现“浏览文件夹” 的窗口，找到存放目录后进行添加，如图 6 和图 7 所示：图 6图 72.6 添加 IBIS 模型2.6.1 用鼠标右键点击 IC 标号，进入 Assign Model 窗口，在 Pins 中选择需要指定模型的器件，点击右边的“Select ”按钮，如图 8 所示：图 82.6.2 在 Select IC Model 窗口中，Libraries、Devices、Signal 中选择需要的参数，如图 9 所示：图 92.
10、6.3 在原理图中右击微带线图标，进入Edit Transmission Line窗口，点击Microstrip后，再点击Values，进入微带线设置的窗口，输入相应的参数。如图10和图11所示：图 10图 112.6.4 过冲和振铃的仿真2.6.4.1 点击工具条上的图标“ SI Oscilloscope” 或者通过 Simulate SI -SI Oscilloscope 进入 Digital Oscilloscope 窗口，通过 Operation 中的 Standard 选择过冲和振铃仿真，通过 IC modeling中的 Slow-Weak、Typical、Fast-Strong 选
11、择仿真的三种模式，通过 Show 中的 Previous result 可以选择是否显示上次的仿真结果，通过 Start Simulation 查看数字示波器的图形，如图 12 所示：图 122.6.4.2 在原理图中右键点击匹配电组，直接输入需要的匹配电阻值，通过匹配的调整，使得过冲和振铃满足要求，如图 13 所示：图 132.6.4.3 过冲和振铃仿真结果判断在图 14 中有一个振铃，所以不合格，在图 15 没有过冲和振铃，所以是合格的。图 14图 152.6.5 眼图仿真2.6.5.1 根据过冲和振铃仿真结果，加入需要的匹配电阻。进入“Digital Oscilloscope”窗口，点击
12、Operation 中的 Eye Digital，点击 Eye diagram 中的 Configure 进入“Configure Eye Diagram”窗口。点击“ Configure Eye Diagram”窗口中的 stimulus，在 Bit pattern 中的 Bit 处选择 5，选的数值越大，需要的仿真时间越长，一般选择最小值 5，在 Stimulus 中的 Bit internal 中填入时钟周期，从芯片手册中查找，在 Sequence 处填入 1。点击“ Configure Eye Diagram”窗口中的 Eye Mask，在图 16 中“1.800”处填入信号的额定高电平， “0.000”处填入信号的额定低电平， “2.000”填入额定高电平的 1.2 倍，“-0.200”处填写额定高电平的 0.2 倍的负值，横向时间边界为 90%cycle time，设置完成后点击确定后进入“Digital Oscilloscope” 窗口，点击 Start Simulation 查看波形，如图 16、图 17、图 18 所示：图 16图 17图 182.6.5.2 眼图的计算从芯片手册中查找出保持时间、建立时间,根据眼图仿真波形算出横向时间，然后减去保持时间和建立时间的和，即可算出余量，下面是一个 Flash 的眼图计算。
