1、Ansoft SIwave 教 學 Quick-Eye Analysis for Differential Pair 新 日 期： 08/04/2010 14:55:54 Design flow如下：(以一個由Mentor Graphics PADS2005 Layout的四層板為) 1. PCB預處： Layout檢 查 、層面 清 2. PCB Export：轉圖設定以及 Export data (.asc file) 3. SIwave Import .asc and save as .anf 4. Validation check and clear error messages 5.
2、 Set layout Stack and layer materials 6. Clip the area where the differential pairs trace on 7. Place “Port“ for simulation 8. Set global settings and simulate 9. Export the simulation result as touchstone file (S-parameter) 10. Using Designer/Nexxim to plot eye diagram - Add Nport Model - Add Diffe
3、rential Eye Source and Probe - Set QuickEyeAnalysis - Run Simulation - Plot Eye Report 11. 眼圖分析討 - 電壓源與電源的差 - 模擬 IC的 driving同的影響 - 模擬系統 Jitter noise的影響 - 模擬 PCB layout的影響 -時域 - 模擬 PCB layout的影響 -頻域 PCB預處： Layout檢查、層面清 Disable沒有用的層面： Setup Layer Definition 在此步驟，還必須檢查Plane Type的各層屬性是否正確。沒鋪銅的訊號層指定“No P
4、lane“，有鋪銅的power/gro und Page 1 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.plane則要設定成“Split/Mixed“ Split/Mixed Plane設定： Tools Options Split/Mixed Plane 訊號層鋪銅： Tool Pour Manager Flood標籤 Flood All 按 Start Power/Ground層鋪銅： Tool
5、Pour Manager Plane Connect標籤 Select All 按 Start PCB Export：轉圖設定以及 Export data (.asc file) Export .asc： File Export Page 2 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.SIwave Import .asc and save as .anf File Import Mentor PADS
6、 Design SIwave指定匯入.asc後，會自動跳一個另存.anf的視窗，只要輸入檔名與徑，就會自動轉存一個.anf檔。 工作資的徑，可有中文，否則SIwave與Design/Nexxim會抓到 Validation check and clear error messages Edit Validation Check Page 3 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.如果Validat
7、ion Check的結果有錯誤，要處。 - “Self-intersecting Polygons“ Error，指的是PCB Tool自動鋪銅後，有些地方會有鋪銅 完整的情況。從Error message所顯示的座標double-click即會跳到layout錯誤處，使用 “Draw Rectangle“ 在mer ge mode ()把縫隙補齊就可以。 請選擇“Rectangle“補鋪銅，要選trace補，因為Ansoft視者的屬性是同的，前者才是plane - “Disjoint Net“ Error。 Nets Misalignment Select and view然後，選 Corr
8、ect即可正。 - “Overlapping Nets“，可能是有些Net沒好，修正或刪除即可。 - “Overlapping Vias“把重疊的via刪除即可。 Page 4 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.Validation Check的Error message，有點需要注意的： 1. 其所顯示錯誤位置處的座標，是 採用使用者在做Validation Check當下的系統單位設定，所
9、以要double-cl ick讓軟體能正確指到layout錯誤處，必須把單位設定正確才可以 2. SIwave v3.5的Validation Check後面項的item，只顯示Error，而提供錯誤位置座標的結 ；而SIwave v4.0則全部check item都可提供錯誤位置的座標結，並且還提供“Auto Fix“功能 Set layout Stack and layer materials 新增介質材，並設定電介係： Edit material Dielectrics Add 介電係是一個會隨頻微變化的，但在SIwave與HFSS內都是把它定義成constant 修改 Layer St
10、ack： Edit Layer Stack (或按 ) Page 5 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.做到此步驟，建議另存一個orig inal.siw檔。一開始的.siw檔案很 小，但跑過模擬後檔案會變大，有可能會碰到一種情況是，一開始跑波形是對的，但忽然某一次之後，跑出的波形一直很奇怪，這時候可能是something wrong，除把跑模擬所產生的資 目整個砍掉外，回原始的 .siw跑就
11、可以恢。 Clip the area where the differential pairs trace on 分割區塊，局部模擬以節時間： Edit Clip Design 這步驟很重要，除可以縮短SIwave執“ Validation Check“與“ Compute S-,Y-,Z-parameters“，還可以縮短Designer/Nexxim吃進.snp file後的模擬分析時間。 依 “Options For Clipping Design“對話框的明操作，可以選擇方框分割或是多邊型進分割。區域選定後按 “Clip“ Page 6 of 20Eye Diagram Analysi
12、s of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.軟體就會自動把其他部分刪去，接著要做整的動作，清除割後所衍伸的完整 nets、 parts。 Place “Port“ for simulation Circuit Elements Port，或是在功能表中選 Port icon Port擺放的過程中，會出現一個對話框，設定 port的倆多分別放在哪一層。 positive terminal放在訊號層， negative terminal放在 refere
13、nce ground layer，小心要設錯。 清破碎的 net： Edit Select Select All 先選定所有net Edit Nets Separate Disjoint Parts Edit Unselect Page 7 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.然後輸入 port name。 (如果設完 port後看到 port，請把各層 layer的檢視 enable就可以看到
14、 ) 記得在 trace的 IC端與 Connector端都要設 port，且用同名稱。 如果設完 port後看到 port，請把各層 layer的檢視 enable就可以看到 以同樣的步驟，在 USB differential pair D+D- trace，分別在 IC端與 Connector端共設四個 port： DP_HS_IC、DM_HS_IC、 DP_HS_CON、 DM_HS_CON。 另外，此中的 D+D- trace並是直接從 IC到 USB connector，而是中間有電阻，而 SIwave在導入 PCB時，默認把這電阻值設 50歐姆，先把這值修改成 0歐姆。 設定方法有
15、種，一是把軟體默認導入的所有 R-0603電阻都改成 0歐姆。從 Circuit Elements window選定ResistorLocalR-0603，看到在 USB DPDM上的 R1, R2就在這，以鼠右鍵點 R-0603，選擇 “Edit Component Properties“，把它的值直接改成 0歐姆即可。 (另一種改法後面再介紹 ) Page 8 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analy
16、si.Set global settings and simulate Simulation Options，可以全部用默認設定改，或是以下幾個設定部份改一下 Min. Coupled Trace Length：越高速的訊號(Tr越小)，這長要設越小。 Boundary Condition To Use：設Radiation Boundary比較符合實際情況，高速訊號走板邊時 會有射損失。 選定好要看的 Net Page 9 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansof
17、t SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.可以用 Ctrl+鼠左鍵，在選擇模式是 Net的情況下 ，直接點 trace複選 Simulation Compute S-,Y-,Z-parameters SIwave v3.5設定 “Stop Freq/Hz“後， “Min Rise/Fall Time“項會自動新；但 SIwave v4.0是設定 “Min Rise/Fall Time“後， “Stop Freq/Hz“才會自動新，動方向是反過的。 所產生的 .snp file大小，與取樣點目有關，與頻寬較沒關係；但分析耗的時間，則與取樣點目、頻寬 (Min Rise/
18、Fall Time/s)者都相關。 Export the simulation result as touchstone file (S-parameter) Result S-,Y-,Z-parameters Export to Touchstone(R) File 會另存一個 xxx.snp檔，而 n指的是放幾個 port Page 10 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.Using De
19、signer/Nexxim to plot eye diagram 打開 Ansoft Designer，將 SIwave萃取出的 USB D+D- S-parameter module以 symbol的形式載入。 New a Nexxim project on Designer： Project Insert Nexxim Circuit Designer 會跳出一個對話框，可以選擇一些基本的PCB Stack，或是管它，直接選None。 加入元件S-Parameter model，這是由SIwave所萃取的PCB(.snp)： Project Add ModelAdd Nport Mode
20、l Page 11 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.Mode框內選擇“ Link to file“，這樣一但 source.snp有新時，Ansoft Designer/Nexxim也會自動結新 Add Nport Model後，在Project Manager視窗Project頁內的 DefinitionModels徑下，就可以看到從SIwave匯入的元件，直接它進主電編輯視窗。 Add
21、Differential Eye Source and Probe 從Project Manager視窗Component頁內的 Nexxim Circuit Elements徑下，選擇 Independent Sources目下的“EYESOURCE_DIFF“。 設定EYESOURCE_DIFF：鼠左鍵雙擊元件符號，會跳出properties視窗。因為USB Differential Impedance=90歐姆，所以在“Parameter Values“頁內的“resis tance“設90。另外編輯一個b it list file “PRBS15.txt“當source pattern
22、 Page 12 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.Nexxim元件，雙擊都會跳出properties視窗，到最下面一，會有一“Info“，按下右邊的按鈕就會出現Help 明內容 從Project Manager視窗Component頁 內的Nexxim Circuit Elements，選擇 Probess目下的“EYEPROBE_DIFF“。並在D+D-端各加一個電阻負載。 輸出端的負載電
23、阻R8,R9=45 ohm可 Set QuickEyeAnalysis 以鼠右鍵點Project Manage視窗內的Project頁內的Analysis icon，選擇 Add Solution Setup Quick Eye Analysis。 Page 13 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.USB 2.0定義data rate 480MHz，相當於每個bit time 2.08ns，r
24、aise time=500ps ，振幅正負400mV Run Simulation 有三個方式可以開始執模擬分析 1. 在工具的Analyze icon 或按熱鍵F10 2. Nexxim Circuit Analyze 3. 鼠左鍵雙擊Project Manage視窗內的Project頁內的Analysis icon Plot Eye Report Page 14 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Anal
25、ysi.以鼠右鍵點Project Manage視窗內的Project頁內的Result icon，選擇 Create Eye Diagram Report Rectangular Plot 跳出Report視窗，麼都用設定，直接按 “New Report“就可以看到眼圖結果 Plotting Range中的“Time Stop“最好與A nalysis setting中的“Unit Interval “對應，大約Time Stop是Unit Interval“的百倍足夠。大太多，程式會跑很久 ，記憶體空間 夠甚至會當機。 得到輸出的模擬眼圖如下 眼圖分析討 Page 15 of 20Eye D
26、iagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.電壓源與電源的差 大部分高速傳輸介面，如USB2.01394HDMI是current drive的，其輸出振幅是由電與負載阻抗所決定(V=IR)。 Ansoft所提供的QuickEyeAnysis像是電壓驅動的，因為QuickEyeAnysis要求輸入Low voltage 與High voltage；但奇怪的是，當一個EYESOURCE_DIFF同時驅動組(含)以上的diffe
27、rential pair時 ，會發現訊號振幅會變小，感覺這又像是current drive，這點是筆者目前想透的 模擬IC的driving同的影響 如果在Set QuickEyeAnalysis中，設定“Rise Time“從500ps改成100ps，模擬IO drivin g能加強的效應，結果如下(overshoot振盪較明顯) 模擬系統Jitter noise的影響 如果在Set QuickEyeAnalysis中，設定“Ra ndom Jitter Std Deviation“為10ps，模 擬系統或電源noise所引起的效應，結果如下 模擬PCB layout的影響-時域 原先的設計，
28、USB D+D-下方的地是完整的，假設我們在layout上做以下幾種修改 z D+D-好的走線 z D+D-走線下方的referen ce ground挖開一段(disc ontinuous GND) z D+D-走線下方的reference ground挖開一段長的(dis continuous GND) Page 16 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.z +D-走線下方的referenc
29、e ground整塊挖斷 z 把差動線交叉走，且換層 再跑一次模擬，結果如下( Eye與Eye_cut0圖形一樣，但Eye與Eye_cross有差，Eye與Eye_cut1則差最多 ) Eye與Eye_cut1 with Jitter 50ps Page 17 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.Eye與Eye_cut1with Jitter 3ps Eye與Eye_cross with Jit
30、ter 3ps 要把同Nexxim Design的模擬波形貼在同一張圖上，按鼠右鍵，使用 Copy Data Paste即可。貼圖前，源波形檔可有任何設定改動(如改變顏色)否則會貼過去 Page 18 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.線條要設定同顏色，雙擊被貼資的那個Nex xim Design的“Curve Inf o“內的顏色線段(此時鼠游標靠近會 變青色)，跳出的Properties視
31、窗，第一頁下方會有“Line Color“可供選擇顏色。但設定後就能改，下次再雙擊跳 出此視窗，也會有這顏色設定選項。 要把個以上model的模擬結果放在同一張plot，建議使用 Alter Function，而要開三個Nexxim Design 模擬PCB layout的影響-頻域 我們看看頻域S21(順向穿透係、Insertion loss)的模擬結果： Eye與Eye_cut0接近 Eye_cut1在800MHz1GHz很差 Page 19 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.Eye_cross：有via換層的那條線，在900MHz以上就開始變差 Page 20 of 20Eye Diagram Analysis of Differential Pair2010-8-4mhtml:file:/G:下载资料siwave教程Ansoft SIwave中文教程4-Eye Diagram Analysi.
