Allegro和ADS之间仿真转换

1、系统集成中信号完整性与电源完整性的分析与设计流程建立李荔应用工程师安捷伦科技1简介本文中所称的系统集成是指利用已有芯片或模块来进行一个系统设计的过程。典型的例子是计算机主板的设计与分析：由芯片产家提供芯片及相关资料，集成厂商需要将不同的芯片搭配起来并设计电路板（即计算机主板），最后形成一个可以正常工作的系统并进行验证。在这个过程中，信号完整性与电源完整性设计与分析流程的建立常常面临如下挑战：复杂性与偶然性的矛盾；仿真与测量的结合与一致性。复杂性与偶然性的矛盾在实际分析中并不罕见。复杂性是指测量中如出现问题很难定位问题故障并找到解决方案。偶然性是指有些问题并不容易再现，甚至有可能会被误认为是外界

2、干扰所致。在深入的分析中可以发现复杂性其实往往是因为在分析的过程中并没有考虑到所有的可能因素（比如因为系统协议或电路设置出现问题，由此很难在版图级发现原因，也很难在版图级提出解决方案）；同样，偶然性是因为在重现故障场景时忽略了一些关键因素的再现造成无法再次观测到故障现象。由此一个合理的解决方案是将所有相关的因素放入到设计与分析的范畴中。由于实际设计与分析过程中所牵涉的相关因素太多，很难单纯依靠仿真的方法来进行设计与分析，此时结合测量建模在流程建立中有着不可替代的作用。另外，系统功能及性能的验证最终还是需要通过测试手段来进行。然而，如何保证测量结果与仿真结果的一致性对于一个成功的流程非常重要。本

3、文主要以计算机主板为例介绍如何利用Agilent的测试仪器与EDA工具，结合第三方公司的版图工具（如CadenceAllegro）来建立一个完整的信号完整性及电源完整性设计与分析流程。特别地，从流程的可实现性出发，详细介绍了流程中几个关键步骤的具体操作方法。2系统集成的任务与流程目前计算机主板厂商采用的版图工具大多为Cadence的Allegro，设计周期通常需要三个月至半年。由于目前芯片厂商提供的芯片组更新周期不断缩短，对系统集成商而言尽量缩小设计周期是竞争中取胜的关键因素。而建立一个完整的设计与分析流程，无疑成为减少设计往返周期不可缺少的保障。AGPPCI一个典型的设计任务描述如下图所示：

4、USB2.0IBIS/SpiceIO模型封装等效模型芯片应用手册初始设计规则参考设计其它输入信息在如上的设计任务中，尽管集成厂商并不能直接拿到芯片所有的设计资料，但是对于计算机主板设计而言，接口的协议大多数是公开的。在信号完整性与电源完整性的设计与分析中，所需考虑的主要内容如下图所示：系统设计功能及性能PCI-E/DDRII/SATA/扩频/预加重/电路设计时钟树SSTL/HSTL/LVDS/芯片版图布局优化封装版图PCB版图互联结构解耦方案测试验证图2信号完整性与电源完整性设计分析中需考虑的主要内容应用文献1中了提供了对在版图级、电路级以及系统级所需考虑的内容与方法的进一步描述。考虑到在不同

5、阶段设计与分析的特点，一个基于测试与仿真结合的流程如下图所示。图中的虚拟系统仿真以及半实物系统仿真的目的一方面在于能够对设计进行早期验证；另外对于往往缺乏芯片底层信息的系统集成设计者而言，提供了快速建模的渠道。改进系统并验证样品系统验证虚拟系统仿真一-(丄丄1关键布线及优化J半实物系统仿真问题定位及解决参考设计芯片应用手册初始设计规则初始版图接口协议IBIS/Spice模型封装模型改进设计规则改进版图PCB板测量建模无源/有源器件测量建模应用场景测量建模与规范要求比对结果与测量结果比对结果分析原因及设计优化CadenceAllegroAgilentADS实现与测量图3测试与仿真结合的设计、分析

6、与实现流程以下的内容将具体介绍该流程中几个关键的步骤：与测试仪器连接构成半实物系统仿真平台，将版图导入ADS的仿真环境中，导入现有的SPICE格式的封装模型，以及如利用眼图工具较测试与仿真结果（比如对抖动分析的验证）。3ADS与仪器的互联ADS与仪器连接的作用可以体现在下面几个方面：应用场景的快速捕获（逻辑分析仪与高速示波器）；特定激励产生（任意波形发生器，信号源）；数据后处理等。由于Agilent同时能够提供高性能的测试设备以及仿真软件，并且能够保证测试过程中所用到的数据处理算法与仿真及后处理算法一致，这给测试与仿真的相互验证带来了很大的方便。:仿真nz示有源电路模型测试有问题的主板将版图导

7、入仿真软件TDR或VNA无源模型DCA或或I1ns_*-测量的S参数仿真/测试比对找出问题并改进I逻辑分析仪厂重现应用场景bl逼息憩態埠图4ads与仪器结合的典型应用方式关于ADS与仪器的互联方式，更多的信息可以参照ADS手册以及其他Agilent相关应用文献。4ADS中的版图输入ADS支持多种版图格式的输入，如DXF、GDSII、Gerber、IFF等，其中Gerber光绘文件是所有版图绘制程序都应支持的基本文件格式。由此，ADS可以通过对Gerber文件的支持来导入目前的大多数版图格式。本节中将会首先介绍如何通过Gerber格式导入Allegro中绘制的版图，该方法同样适用于其它版图绘制程

8、序；随后介绍如何利用Cadence新推出的RFPCB工具来导入Allegro中绘制的版图，该工具为Cadence公司开发。首先介绍如何通过Gerber格式导入Allegro中绘制的版图：SetupShapeLogicPlaceRouteAnalyzeManufactureToolsCSTLinkRFPCBHelpFileEditViewAddDisplay丨十I士步骤一：从原始绘卜號應阕iI嗣隠1国應1乜程序里输出I*-4I11JJ_1_I5tr瞬Outrber文件CutMarksOptions/FindFilmCnntrolGeneralParametersDevicetypeCGerber

9、6x00CGerber4x00FilmsizelimitsCoordDFACheck.CreateCouponsSilkscreen.TestprepViews:|Film:20250b01J2_teEtchPinViaDConductor|頁X*wFGerberRS.274XBarcoDPFrMDAErroraction严SAI厂1窗testSSClprjMa嚟：2400000MaxY:16.00000步骤二：从鸥Notappli的版图输入b择Import-GerberViewePlanesP17|7|7RFormatOutputoptionsunti.tled2.(Layout):19、界

10、TupL3fL4L5Gnd圜圜凰1圜3B圃 HYPERLINK l bookmark20r【nrrETooIeSchematicMomerL+uiTiWimluwDesigntjuideMWTCUIMWTCLayersHelp帥曲I厠厭0屋I脚創八協惯I器協I器v声condFileTypeGerberViewerImportFile.NarneSourceBrowse.DefaultsDesignNewDesignName(DestinatiDri)Browse.LayersFileName间out刖Browse.ni/FHitAnprhjrpWindowJimoizithi门口IInches

11、ArcF；已soution覽并实土if)DrillReportFilmMerseESMT蚁.Apwrtui_eGenerator.已ttl门口EsatityFilter.EntitySmtup.ivityB：icksi_uiJTLd.Etr：ctSmtup.Eatr：ic+Gerber席UseWindowArchiveFormat，步骤三：在出现的提示框中选择所有件相关的步骤四：点击界面上Layer并在出现的界面中确定各个号将是ADSGerber文件的序号，该序中各层的名称LayerAperturePlotScreenPlotWindowApt.HighlightbiZITlS.Sizingf

12、inches步骤六：从ADS的版图输入界面选择Import-EGS并用浏览器选中上步生成的EGS件即完成导入过!C:usersdefdulttest_gcc_prigbrvu*FlectangularFartiMa:-:Points0.200-4000ICIULIOOOOUhordErrorInchesLl000000UutputLiid|Inches|0.000000步骤五：点击采单(Tools-Ger并在出现的界面中设定输出的VJoinPartitionedManualCIJsePolvquridlrUni0nndow.|-0.0035t-0.00351.5.HoleSize11nenes

13、GetPolyqonlsl.接下来介绍的是如何使用CadenceAllegro提供的RFPCB工具完成Allegro中绘制的版图到ADS环境中的转换。FileEditViewAddLisplaySetupShapeLogicPlaceRouteAnalyz已ManufactureTool?C5TLinkRFPCBHelpLayerinAllegroLayerinADSETCH/TOPpel”AETCH/L2PWRJHIETCH/L3pe3ETCH/L.4pc4ETCHL5GNDpc5ETCH/BOTTOMpc6丄二步，匚中斶二中如需设定ADS层与Allegro之间层的对应关系，点击Layerm

14、ap显示上面的窗口进行设定。转换完毕产生报告，并提示产生的IFF文件所存放的目录路径左图中的ExportNis并点击OK。EwportMod已Cancel庁Expo.AllegroADS1:ETCH/TOPpci2：ETCH/L2_PURpm过孔信息输出，格式与3:ETCH/L3pc3ADS兼容4:ETCH/L4pc45:ETCHL5_GNDpc56:ETCH/BOTTOMpc6Typesofvia.3esported:algvial:pcipc6layermapping:=Esportfinished!Filelayout.iffandscheiiLatic.iffaregeneratedu

15、nderC:/users/Ca.dencev步骤三：在ADS版图界面中选择Import并选择IFF格式，通过浏览器选中生成的IFF文件完成版图导入。示。口5导入SPICE模型由于芯片厂家有时提供Spice格式的封装或电路模型，所以导入Spice模型是完整性设计与分析流程中常见的需求。目前在ADS中可以支持HSPICE，标准Spice等多种格式。以下是导入过程的具体描述；Bvia_pth_100.sp-WordPad步骤-ADSICE源文件是否符合（参见ADS使用手FileEditViewInsertFormatHelp册）。301冒A歸蔭口屜.SUECKTvia_ptn_1001C001V00

16、1L001R001VO02415648.66655E-013DC02595S2E-010000772997DC0FileEditSele匚tViewInsertOptionsToolsLayoutSimulateWindow-DynamlcLinkDesignGuldeHelpIFileType步骤二：在ADS迪路原：理图界面点击File-w.EETD5via,1DQImport,并在显示出的窗口选择对应的格式=类型与相应的转换设置，对于较复杂的电路建议选用网表格式。tvia_pth_WO.net-NotepadFileEditFormatViewHelpNellieFileImportFil

17、已Nam已目口|匚旬DefaultsDesignN曰aiDesignNamfeDestination勺卜GRP15勺卜;TranslatedwithADSNetlistTrailslaGijF|defineYii_pth_100_nodel_ntHie2_冷卜:cGGlC=8,ff6655eGQM21V_Source:r001_nodel_n&de5Vdc=Cc.LdOOl_node5匸誡陌L2.59582e-0規鳥R:r001ncHie&-ncMie4R=0.0077299-V_Source：T002_node4_noie7Vdc=CHLd002_node7_node81=2.59582e-

18、0ere应R:rO02node81iicHie2R=0.0077299endvia_pth_100勺卜ERF22图7在ADS中将S生成ADS下所述：OKCancel勺卜GJM03勺卜GQM18勺卜GQM32勺卜ERF1D勺卜LLL1STo士熏血怡MoreOptions.Browse.InputNetlistDialectHSPICER?Firstlineisacomment3广SuppressnamemappingTranslatedOutputFormatCADSSchematic(withnarn已Hconn已ctions)(TADSNetlist-步骤三：检查转换.件，并确定各端口了方便

19、在原理图界会用一定的序列数OptioridlDirectoryLocation后的iAD网表文DSNetlist的定义（注.意：为會切面中调用;D端口将严E翫R會字来替代TableBrowse.pce源文件转换为ADS格式的网表文件LLLdl一OKICancelSPICE模型进行仿真，其过程如FileEditViewInsertMarkerPageOptionsToolsHelp旦驱慢卜国划宅阿单昨L后处三结果显示与ffffiIIIIIIiliIIIIIiIIIIIIIII-a.cua-a.045-0.0500.3ta5.-匸Z&EE*I0D02040.6CL8freq.GHz需要将该.lib

20、文网表文件一起弓叱-1002040.6图一8在ADS中调用网表文件的步骤1Hz匸JIQ/1仆一nDU1_1豁翕謹J击喘+诅9）件的Spice网表，往往会调用一些妞文件（模型库文件）,，此时、：&：转换为ADS格式，然后同样用NEltLisTinclude元件来与牛先用。FeqrUjOtiztc2/pi/indep(m1)fr&qLpthCpth32D.DMHz5.194E-10-4.763E-106ADS中的眼图工具ADS2005A中提供的眼图工具由于保证了与Agilent测试仪器相同的抖动分析等算法，从而可以为测试结果与仿真结果的比对提供很大的方便。由于该眼图工具支持文件输入的方式，可以对多种仿真或测试环境提供波形分析能力，如下图所示：示波器测得的时域波形ADS仿真电路（瞬态仿真）其它仿真工具瞬态仿真的结果（文本格式）DACDataAccessCom