电路设计

Allegro学习之PCB SI后仿真流程

2019-07-14 07:28发布

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目录......................................................................................................................................................2
一、 Cadence Allegro PCB SI简介.......................................................................................3
（一） 高速PCB设计流程.......................................................................................................................................... 3
二、 Allegro PCB SI的后仿真..................................................................................................4
（一） 准备仿真模型和其他需求..............................................................................................................................4
1． 获取所使用元器件的仿真模型..................................................................................................................... 5
（1） 通过官网，供应商等渠道获取IBIS模型............................................................................................5
（2） IBIS模型转化为DML模型.................................................................................................................... 5
（3） 通过Allegro建立简单DML模型以及模型分配................................................................................. 7
（4） 通过Allegro建立复杂DML模型以及模型分配...............................................................................11
2． 了解PCB的布线规则以及原理图部分逻辑................................................................................................15
（二） 仿真配置....................................................................................................................................................... 15
1． 使用SI Design Setup配置...................................................................................................................17
2． 选择需要配置的信号线...............................................................................................................................17
3． 设置仿真库...................................................................................................................................................20
4． 设置电源和地网络.......................................................................................................................................22
5． 设置叠层.......................................................................................................................................................27
6． 设置元器件类别...........................................................................................................................................30
7． 为元器件分配和创建模型...........................................................................................................................31
8． 设置差分对...................................................................................................................................................35
9． 设置仿真参数...............................................................................................................................................35
10． SI Design Audit相关........................................................................................................................ 44
11． 提取拓扑.................................................................................................................................................... 46
（三） 后仿真报告结果验证................................................................................................................................... 50
1． 信号波形.......................................................................................................................................................50
2． 反射报告，延时报告以及同步噪声报告...................................................................................................52 一、Cadence Allegro PCB SI简介
Allegro PCB SI是Cadence SPB系列EDA工具之一，针对电路板级的信号完整性和电源完整性提供了一整
套完善、成熟而强大的分析和仿真方案，并且和Cadence SPB的其他工具一起，实现了从后端到后端、约束驱
动的高速PCB设计流程。
信号完整性和电源完整性的仿真按照在这个设计流程中所处的阶段可以分为后仿真和后仿真，本文会介绍
Allegro PCB SI在后仿真阶段基本的设计流程和操作步骤，并重点介绍其中的配置和仿真项目操作环节。
后仿真是在PCB布线完成以后，对已经完成的关键网络进行仿真验证的过程。可以检查实际的物理执行过
程（布局布线）是否违背设计意图；过程。可以检查实际的物理执行过程（布局布线）是否违背设计意图；或
是已知的改动，通过仿真来验证这种改动给高速设计带来的影响。
（一）高速PCB设计流程
传统的PCB设计流程如下图所示：
而引入的Allegro PCB SI仿真工具后的设计流程改进为：
二、Allegro PCB SI的后仿真
后仿真，顾名思义，后仿真是在PCB布线完成以后，对已经完成的关键网络进行仿真验证的过程。可以检
查实际的物理执行过程（布局布线）是否违背设计意图；过程。可以检查实际的物理执行过程（布局布线）是
否违背设计意图；或是已知的改动，通过仿真来验证这种改动给高速设计带来的影响。
使用Allegro PCB SI进行后仿真的基本流程如下：
（一）准备仿真模型和其他需求
在本阶段，我们需要为使用Allegro PCB SI进行后仿真做如下准备工作： 下面，我们会以一个实际的电路板为例，介绍后仿真在Allegro PCB SI 16.6中的具体执行过程。
案例电路板：TX2P_P0_20171225，对其HDMI的差分信号进行延时以及反射分析。
1． 获取所使用元器件的仿真模型
（1）通过官网，供应商等渠道获取IBIS模型
https://www.maximintegrated.com/cn/design/tools/modeling-simulation/ibis/index.cfm
http://www.analog.com/cn/design-center/simulation-models/ibis-models.html
（2）IBIS模型转化为DML模型
信号完整性仿真大多针对由芯片IO、传输线以及可能存在的接插件和分立元件所构成的信号网络系统，为
了实现精确的仿真，仿真模型的精确性是首先需要保证的。一般情况下，Allegro PCB SI会执行传输线和分立
元件的建模，而芯片IO和连接器的模型通常会由原厂提供。
当后业内常见的芯片IO模型有两种格式，IBIS模型和HSPICE模型；常见的连接器模型也是两种，SPICE
(HSPICE)模型和S参数模型。Allegro PCB SI支持包括上述四种模型在内业界流行的仿真模型，但一般都需要
转化为Cadence自己的DML(Device Modeling Library)后才能使用。
Allegro PCB SI在仿真时需要将仿真模型都转变成DML模型格式这一做法，区别于大多数EDA软件，这种
做法可以说是有利有弊。弊，很明显，就是多一个额外的步骤，虽然这一步骤非常简便；利，则是有利于仿真
库的管理，做到仿真库和原始模型文件的隔离，并且在文件格式转换的同时也执行了模型的校验。在大多数情
况下，外部模型格式到Cadence DML模型格式的转换还是非常方便的，只需要用Cadence SPB系列工具包中
的Model Integrity软件打开模型文件，然后点击转换到DML即可。
可以有两种方法处理：
其一，在Model Integrity界面下或Allegro PCB SI界面下将IBIS模型转换成DML格式，供之后的仿真调用；
其二，从Cadence SPB 16.5版本开始，Allegro PCB SI名义上也直接支持IBIS模型，所以可以保留现有的
两个IBIS文件不做转换，然后在之后的仿真中直接调用。之所以说是“名义上”，因为事实上Allegro PCB SI
还是执行了转换，只是这个转换的过程在分配模型的同时一起执行了，没有摆在明面上。
我们先来看看如何使用Model Integrity转换IBIS模型。
1. 在开始菜单找到 Model Integrity快捷方式，或者在目录%CDSROOT% oolspcbin（其
中，%CDSROOT%是Cadence SPB的安装目录，例如D:CadenceSPB_16.6）下找到
modelintegrity.exe执行文件，点击即打开Model Integrity窗口。
2. 点击File->Open打开寄存器的IBIS模型文件EA32882_1p6.ibs；
3. 右键点击浏览栏中的EA32882_1p6，选择IBIS to DML；
4. 转换得到的同名DML模型会显示在Model Integrity窗口中，同名文件也出现在IBIS文件同一目录下。
（3）通过Allegro建立简单DML模型以及模型分配
如图7所示，单击signal mode：


弹出如下图8所示：
忽略error，点击OK即可，出现如下图9所示

首先选择1： RefDesPins（元器件引脚），接着选择2： U800（所要建立模型的元件），然后单击3 ： Creat
Model，出现如下图10所示：
注意这里建立的是IBIS模型，选择create ibisdevice model，单击OK即可
接着出现如下窗口，图11：
1：模型名称，2,3,4:模型pin脚寄生电阻，寄生电感，寄生电容
5：IO内部模型类型 6：IO内部模型，图中为2.05V，可以更改
7：POWER供电输入 8：GND
根据datasheet设置好参数后点击OK即可。如图12，可以看到U800已经分配刚刚新建的模型
（4）通过Allegro建立复杂DML模型以及模型分配
以上在pin数较少时建IBIS模型方法，如有差分线等复杂情况则如下图13所示： 
点击OK弹出如下图14所示：



2．了解PCB的布线规则以及原理图部分逻辑
做仿真分析前，了解相关PCB布线规则，相关电路和接口的原理是必须的。
（二）仿真配置
在本章节中，将会依次介绍如何在Allegro PCB SI界面下进行模型加载和仿真配置，并提取网络拓扑进入
到SigXP界面。仿真配置流程如下
1．使用SI Design Setup配置
无论使用哪一种仿真软件，在执行仿真以后，一般都需要对电路板进行一定的配置，配置仿真的环境、模
型的分配和参数的设定等等，目的是使仿真能够按照我们所要求的进行下去。
在Allegro PCB SI 16.6版本中，引入了新的SI Design Setup命令，能够更有效地引导用户进行仿真配置。
对于16.3及以后的版本，也存在类似的命令，如Database Setup Advisor。SI Design Setup和Database Setup
Advisor这些命令本身并不是直接的配置命令，它只是一个向导，引导用户一步一步地执行配置，并在每一步上
给出相关配置命令的接口。所以事实上，熟练的工程师也可以不通过这些向导直接调用相关命令对电路板进行
配置，效果是一样的。
Allegro PCB SI 16.6版本中的SI Design Setup命令会依次执行以下几个步骤，我们将会在随后的章节中介
绍这些步骤的具体执行过程。
2．选择需要配置的信号线
为了方便起见，先将之后的所有文件，包括电路板brd文件和仿真模型文件（IBIS和DML）都存放到一个文
件夹中，例如E:Pre_simu。
在开始菜单找到 PCB SI快捷方式，或者在目录%CDSROOT% oolspcbin（其中，%CDSROOT%
是Cadence SPB的安装目录，例如D:CadenceSPB_16.6）下找到allegro.exe执行文件，点击即打开Cadence
Product Choices窗口。


选择Allegro PCB SI GXL，并点击OK按钮，即打开Allegro PCB SI窗口。然后通过File->Open打开
TX2P_P0_20171225.brd文件。


如果在之后的使用中已经在Cadence Product Choices窗口中勾选了Use as Default的情况下选择了某个
产品，例如Allegro PCB Designer，可以在Allegro中选择File->Change Editor，就会弹出Cadence Product
Choices窗口，供重新选择产品。
在Allegro PCB SI窗口中选择Setup -> SI Design Setup，会弹出Setup Category Selection窗口。勾选所有
选项，并点击Next进入下一环节。Setup Category Selection窗口会切换Setup Xnet Selection窗口。
这里做一下补充说明，在Setup Category Selection窗口的选项中，除了最下面一项，其它都是我们需要通过此向导执行的配置项目；而勾选了最后一项“Run Audit upon completion of each setup categoty”则意味着我们在之后的每一项配置完成后，点击Next进入到下一环节后，都会自动执行针对此环节的仿真审核，以找出我们在配置过程中存在的问题。而在Setup Xnet Selection窗口中，我们可以只勾选我们关心的、需要执行仿真和配置的网络，这样随后的SI Design Setup配置向导和审核就只会针对这些勾选网络相关的模型、网络和参数等，不需要花时间在无关的网络上。在本案例中，我们勾选Bus HDMI。
3．设置仿真库
接上节，点击Next后Setup Xnet Selection窗口会切换至Setup Library Search Directories窗口，即设置仿
真库搜索路径。默认情况下，库路径包括brd文件所在目录以及Cadence自带库所在目录，本案例的默认路径即：
E:cadencceworkTX2

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