신호 무결성(SI)은 Infiniband, S-ATA, USB 2.0, PCI Express, FibreChannel, RapidIO, HyperTransport 등 고속 데이터 전송 설계를 담당하는 엔지니어들이 가장 큰 관심을 기울이는 사항입니다.
전송 라인의 분산 및 skin effect 손실과 같은 주파수 영역 효과는 신호 무결성에 큰 영향을 미칩니다. 일반적인 시간 영역 시뮬레이션에서는 이러한 효과를 정확히 모델링하기가 어렵습니다.
Agilent ADS의 선도적인 주파수 영역 및 시간 영역 시뮬레이션 엔진과 EM 엔진은 이러한 효과를 고려하기 위한 완벽한 툴셋과 모델을 제공합니다.
Agilent EEsof 설계 도구는 기가비트 어플리케이션용 고속 데이터 전송 회로의 설계를 위한 올바른 설계 환경, 모델 및 시뮬레이션 기법을 제공합니다. 설계의 요구 사항에 따라 설계자는 시간 영역 시뮬레이터(고주파 SPICE), 주파수 영역 시뮬레이터(선형, 비선형/혼합 모드), 전자기(EM) 시뮬레이터(full-wave 및 정전기) 및 주파수와 시간 영역(convolution)의 가장 좋은 특징들을 결합하는 다른 시뮬레이션 기술을 선택할 수 있습니다. 또한 이 솔루션은 통합 설계 환경의 일부이므로 설계 팀은 생산성을 높이기 위해 하나의 플랫폼에 IC, 보드 및 EM 분석 기능을 모두 결합할 수 있습니다.
IC 기판 및 보드 적층 조건 모델링
선도적인 시간 영역/주파수 영역 시뮬레이터
고주파 SPICE는 수천 개의 트랜지스터가 있는 큰 고주파 RF 회로의 시간 영역 분석에 적합합니다. 이 시뮬레이터는 또한 오실레이터의 시동 시간, 필터 스텝 함수 응답, 펄스형 RF 네트워크 응답, 고속 디지털 및 빠른 스위칭 회로와 같은 과도 전류 동작을 확인하는 데도 사용됩니다. 고주파 SPICE는 SPICE 과도 전류 분석이 갖는 정상적인 기능 모두를 제공하는 것은 물론 그 외에도 큰 회로에 대한 향상된 컨버전스와 배선도에 대한 DC Back-Annotation 등의 추가 기능도 제공합니다.
또한 이 시뮬레이터는 사용자가 모델을 RLC 등가 회로로 변환하거나 convolution 방법으로 되돌리지 않고도 마이크로스트립 전송 라인, 벤드 및 갭과 같은 많은 고주파 모델을 사용할 수 있습니다. 이 경우 Laplace 변환 형태로 이러한 주파수 영역 분석 모델을 표현하는 방법이 사용됩니다. 고주파 SPICE에서는 근사치를 이용하여 주파수 종속적 요소를 모델링하여 분산 및 고주파 손실과 같은 일부 주파수 종속적 효과가 무시되므로 시뮬레이션 속도가 빨라집니다. 분산 효과와 고주파 손실을 고려하는 것 보다 정확한 주파수 모델의 경우 고주파 SPICE 시뮬레이터와 함께 convolution 시뮬레이터를 사용해야 합니다.
convolution 시뮬레이터는 시간 영역 시뮬레이션에서 분산 요소, S-파라미터 데이터 파일, 전송 라인 등의 주파수에 의존한 부품들을 정확히 시뮬레이션하여 ADS 고주파 SPICE를 개선해 주는 고급 시간 영역 시뮬레이션 엔진입니다. 고주파 SPICE와 달리 convolution 시뮬레이터는 측정된 S-파라미터 데이터로 특성화된 구성 요소를 포함하는 회로도 시뮬레이션할 수 있습니다.
convolution 시뮬레이터는 skin effect, 분산, 높은 주파수 손실 등과 같은 고주파 효과를 평가합니다. 전형적인 예로는 분산 및 단절 효과가 중요한 과도 전류 조건 분석, 오프칩 요소의 효과 관찰, IC 시뮬레이션에서의 칩-보드 상호 작용 등이 있습니다.
선형 회로 시뮬레이터는 선형 조건에서 작동하는 다양한 RF 및 마이크로파 회로의 주파수 영역 선형 분석용 도구로, 회로 임피던스와 어드미턴스, 반사 계수와 VSWR, 손실, 노이즈, 그룹 지연 등과 같이 주파수 영역에 중요한 많은 파라미터를 매우 효율적으로 모델링할 수 있습니다. 또한 이 시뮬레이터는 노이즈 지수 대 구성 요소 값 변화와 같은 스위프된 파라미터 분석을 수행할 수 있습니다.
선형 시뮬레이터의 광범위한 수동 소자 및 소신호 능동 소자 모델 라이브러리에는 향상된 멀티레이어 커플링 방식 라인 요소 모델을 포함하여 고주파 고속 설계에 필요한 많은 부품이 포함됩니다. 이 시뮬레이터는 또한 사용자 정의 DC 바이어스에서 비선형 모델을 사용한 선형 분석을 수행할 수 있습니다. 파라메트릭 서브 네트워킹 기능을 이용하면 다른 설계 방식을 채택한 기존 서브 네트워크를 상황에 맞게 수정하고 통합할 수 있습니다.
상호 연결 모델(Interconnect Models)
EM 기반 멀티레이어 상호 연결 라이브러리(최대 40개의 메탈 레이어/80개의 커플링 방식 라인)는 Momentum Planar EM 시뮬레이터 없이도, 레이아웃 효과의 예측을 위한 분석 속도를 높여줍니다. 그러나 그 결과 시뮬레이션 속도는 개선되지만 정확도는 떨어지는 단점이 있습니다. 임피던스, 손실, crosstalk 및 지연 효과는 이러한 모델과 연관된 간단한 2-D EM 해설툴을 사용하여 모델링됩니다.
멀티레이어 상호 연결 모델이 마이크로스트립과 스트립라인 모델에 비해 나은 이점은 더 많은 커플링(연결 장치) 방식 라인 모델을 사용할 수 있고 모델을 특정 레이어에 배치할 수 있으며, 자동으로 계산되기 때문에 마이크로스트립이나 스트립라인 연산을 지정할 필요가 없다는 점입니다.
이러한 모델은 선형 시뮬레이터 모듈에 포함된 PCB 모델의 상위 모델이기도 합니다. 이러한 모델의 주요 이점으로는 파라미터 입력이 더 쉽고 사용 가능한 모델 구성이 더 많으며 여러 레이어에 모델을 배치할 수 있다는 점 등이 있습니다. 유연한 멀티레이어 기판 정의를 통해 기판의 레이어 수와 멀티레이어 구조의 수직 단면을 설명하는 파라미터를 선택합니다.
SPICE 모델 생성기
SPICE 모델 생성기를 사용하면 주파수 영역 S-파라미터 특성을 SPICE가 사용할 수 있는 모델로 변환할 수 있습니다. 모델 생성기는 모델링 된 구조를 표현하는 서브 네트워크 포함 넷리스트를 만듭니다. 따라서 S-파라미터 데이터로 SPICE 모델을 생성할 수 있으며 작업 속도가 빨라집니다. 유연한 설계를 위해 다음과 같은 네 가지 다른 설계 토폴로지를 사용하여 모델을 생성할 수 있습니다.
- 이상적인 전송 라인 토폴로지
- N-section 사다리형 회로망
- Lumped Pi 토폴로지
- 유리 다항식 표현(HSPICE 또는 ApSim SPICE 형식)
처음 세 모델은 S-파라미터 데이터의 저주파를 이용하는 방식이며 네번째 모델은 주파수 데이터에 대한 곡선 맞춤을 사용합니다. 처음 세 모델은 S-파라미터 데이터 파일의 주파수 데이터 지점에 노이즈가 없을 때 적용됩니다. S-파라미터 데이터를 네트워크 분석기로부터 가져온 경우에는 낮은 주파수에 노이즈가 존재할 수 있으며 이 경우 유리 다항식 표현을 적용해야 합니다.
전자기 패키지/상호 연결 모델링 및 검증
Momentum은 고속 설계자가 패시브 회로 모델의 범위와 정확도를 크게 개선할 수 있는 평면형 전자기(EM) 모델링 엔진으로, 실시간 3D 전자기장 상호 작용을 고려하면서 여러 레이어에 있는 임의의 형상을 분석할 수 있어 패키지 및 상호 연결 기생 모델링을 포함한 맞춤형 패시브 회로 설계에 매우 유용한 도구입니다.
표면 전류 분배에 대한 정확한 모델링이 가능한 Momentum EM 시뮬레이터를 이용하여 사용자는 고속 설계 어플리케이션에 필요한 임의의 전력/접지 및 신호 트레이스 구성을 위한 정확한 전기 모델을 만들 수 있습니다. 이러한 모델은 직접 전자기 상호 작용 매트릭스 방정식의 물리적 해석을 따릅니다.
등가 RLC 네트워크 측면에서 상호 연결 구조를 특성화하기 위해 평면형 전자기학을 적용할 수 있는 반면 고속 패키지 및 PCB 상호 연결에서 볼 수 있는 전형적인 금속 배선의 기하학적 복잡성으로 하여 메쉬 생성 프로세스는 불가능합니다. 그러나 Momentum은 이러한 제한을 극복하는 메쉬 감소 기법을 제공하며 이러한 기능에는 다각형 셀의 표면 전류를 모델링하는 데 사용되는 기본 함수의 개념이 적용됩니다. 그 결과 얻게 되는 등가 네트워크에서, 커패시터는 일반화된 셀에 축적된 전하를 모델링하고 인덕터는 하나의 일반화된 셀에서 다른 셀로 흐르는 전류를 모델링합니다. 감소한 메쉬에 상응하는 전자기 등가 네트워크는 요소 수가 더 적으며 훨씬 더 빠르게 해석할 수 있습니다.
SI 맞춤형 어플리케이션 가이드
ADS SI 어플리케이션 가이드는 SI 엔지니어의 모델링 작업을 돕기 위해 고속 설계 사례와 사전에 구성된 가상 기기들의 모음을 제공합니다.
- 아이 클로저(Eye Closure) 측정 - 아이 진폭(Eye Amplitude), 아이 높이(Eye Height), 아이 클로저(Eye Closure), 아이 라이즈(Eye Rise), 아이 폴(Eye Fall) 등을 결정합니다.
- 노이즈/지터 측정, 지터 스펙트럼, 위상 노이즈의 지터.
- 선형 차동 TDT 모델링 - AC 시뮬레이션을 사용하여 커플링 방식 전송 라인의 시간 영역 응답을 생성합니다.
- 비선형 차동 TDT 모델링 - 하모닉 밸런스 시뮬레이터를 사용하여 송신기와 수신기로 커플링 방식 전송 라인의 시간 영역 동작을 시뮬레이션합니다.
- TDR 시뮬레이션 - TDR 시뮬레이션 기기를 사용하여 멀티레이어 상호 연결 전송 라인 모델의 시간 영역 시뮬레이션을 보여줍니다.
- 혼합 모드 분석 - 혼합 모드 S-파라미터를 시뮬레이션합니다.
최상의 시스템을 선택 및 구성하기 위해 도움이 필요하거나, 제품 구성 및 통합 정보를 받아보기 원하시면, 한국애질런트 계측기고객센터(전화: 080-769-0800)로 연락해주십시오. 소프트웨어 현장 데모 신청 또는 견적 요청의 경우 아래의 링크를 클릭하십시오.
다음은 Agilent EEsof EDA에서 제공하는 제품 및 설계 안내서, 예제, 게시된 기사, 세미나 학술지 등으로 연결되는 링크입니다.
고객 교육
N3215A - 고급 설계 시스템과의 신호 무결성을 위한 설계
요청 시 제공되는 3일 과정의 본 교육은 고속 디지털 데이터에 대한 상호 연결 효과의 특성화에 관심이 있는 설계자를 위해 마련된 것입니다.
교육 내용으로는 ADS(Advanced Design System)의 시간 및 주파수 영역 시뮬레이션, ADS convolution 엔진 그리고 주파수 영역, 시간 영역 반사 측정, crosstalk 및 커플링(연결 장치)에서 전자기 시뮬레이터를 사용한 모델 생성 등이 있습니다.
이 과정은 배선도 캡처, 시뮬레이션 설정 및 결과를 보여주는 ADS에 대한 간단한 소개로 시작되며 계속해서 다음 내용을 다룹니다.
- convolution을 포함하는 시간 영역 및 주파수 영역 시뮬레이션.
- ADS에서 제공하는 전송 라인의 사용 및 전송 라인 모델 검토.
- crosstalk/커플링(연결 장치), TDR 및 TDT를 포함한 시뮬레이션 및 측정 설정.
- ADS 시뮬레이션 및 측정에서의 노이즈와 지터 그리고 그러한 노이즈와 지터가 Eye-Diagram에 미치는 효과 고려.
- 혼합 모드 S-파라미터(차동, 동상 및 SE 모드) - 정의 및 측정 방법.
- 혼합 모드에서 SE(Single-Ended)로의 변환(또는 그 반대)을 포함한 시뮬레이션 설정.
- Momentum(2.5-D 평면형 EM 시뮬레이션)을 사용한 S-파라미터 모델 생성.
전제 조건: 시간 영역 시뮬레이션과 시간 영역 및 주파수 영역(임펄스 응답 대 주파수 응답) 간 관계 이해, 설계 원리와 측정 기법 이해.
보다 자세한 정보를 원하시면 다음의 링크를 클릭하십시오.
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