1、HyperLynx 入門指南入門指南西安電子科技大學電路西安電子科技大學電路CAD研究所研究所2013年8月1高速電路仿真高速電路仿真HyperLynx7.5可仿真的內容 反射、串擾反射、串擾 有損線有損線 電磁兼容電磁兼容主要仿真模塊 線級仿真線級仿真(LineSim) 板級仿真板級仿真(BoardSim)下面以HyperLynx 7.5 為例介紹HyperLynx的主要功能及使用方法。2HyperlynxHyperlynx指南目錄指南目錄HyperLynx 7.5 開發環境開發環境疊層編輯器疊層編輯器Stackup Editor布線前仿真布線前仿真LineSim布線后仿真布線后仿真Boar

2、dSimIBIS編輯器編輯器參考文獻參考文獻3HyperLynx 7.5 軟件安裝 目前比較流行的版本是HyperLynx7.5，這一版本在7.0的基礎上有所改進。這里，先簡要介紹它的安裝和初始化過程。 打開HyperLynx7.5安裝包，找到安裝文件setup.exe，雙擊打開HyperLynx 7.5 Installation 對話框，如下圖：一、一、HyperLynx 7.5 開發環境開發環境雙擊進入HyperLynx 7.5 的安裝界面，按照需要安裝即可。雙擊進入Mentor Graphics Licensing 的安裝界面，必須要安裝這一項才能使用HyperLynx 7.5 軟件。雙

3、擊進入IBIS模型安裝界面，安裝這一項后，就可以使用許多已有的IBIS庫。安裝完畢后，點擊Exit 退出安裝。4HyperLynx 7.5 軟件的安裝 在安裝License前，先運行子目錄Crack下的MentorKG生成License.txt。如下圖示，當出現要求指定License的路徑，此時只需要將路徑位置指向這一License所在的新位置，點擊Next繼續安裝就可以了。一、一、HyperLynx 7.5 開發環境開發環境5HyperLynx 7.5 的主界面 軟件安裝完畢之后，就可以直接使用了。 點擊“開始-程序-HyperLynx 7.5 -HyperLynx Simulation S

4、oftware”打開HyperLynx 7.5 軟件，程序運行主界面如下一、一、HyperLynx 7.5 開發環境開發環境6 在BoardSim 和 LineSim 中均包括一個功能強大的PCB疊層編輯器，使用它可以很簡單地對你的PCB 進行疊層設置和修改；還可以對每個信號層進行特性阻抗的計算，以便對信號反射和串擾進行有效的控制。 選擇工具條上綠色的疊層圖標“Edit PCB Stackup” ，或者通過菜單的Edit - Stackup選項，將會看到一個6 層板的疊層結構圖以及各布線層和介質層的參數。二、二、Stackup Editor功能簡介7二、二、Stackup EditorStac

5、kup Editor 編輯界面HyperLynx 中默認的為6層板模型，用戶可以根據需要添加或是減少層的數目8使用疊層編輯器進行編輯 雙擊你需要編輯的項目表格，例如介質層厚度、線寬等等，根據需要編輯頂層、底層和各個走線層、參考層以及介質層的參數，你可以分別選擇Basic、Dielectric、Metal、Z0 Planning、Custom View 進行各個項的編輯。 另外，你可以在左邊的疊層參數窗口中通過鼠標拖動的方式對疊層的結構進行調整，也可以在右邊的疊層示意圖中進行鼠標拖動的操作。編輯各項參數，直到得到你需要的特性阻抗值。 在疊層編輯器“Stackup Editor”的左邊疊層參數編輯

6、窗口中單擊你需要增加層的位置，單擊右鍵彈出菜單，選擇在當前位置的上面或者下面增加層。 例如，要將目前的6層改為8層板，這樣我們可以在第三層位置單擊，然后點擊鼠標右鍵選擇Insert Below 選項中的Solid Plane 選項，增加一個GND2 的參考層(層的名稱可以增加層后，在Layer Name 的欄目位置進行修改)，用同樣的方法，增加一個VCC2 的參考層。增加層后如圖：二、二、Stackup Editor9使用疊層編輯器進行編輯增加層后再根據需要對各層的參數進行設定，以滿足特性阻抗的需要。二、二、Stackup Editor新添加的GND2和VCC2層可以通過改變表中各項參數以改變

7、模型的特性阻抗值10建立一個新的LineSim 原理圖點擊工具條上的圖標“New LineSim Schematic” ，便可以建立一個新的LineSim 原理圖，或者通過菜單選擇 File - New LineSim File。三、三、LineSim11建立一個新的LineSim 原理圖 點擊第一排的兩個IC 符號以便激活LineSim原理圖中的驅動器和接收器IC(CELL A0 和B0)。 點擊連接兩個IC 之間的標準的傳輸線符號，就可以激活此傳輸線。如下圖： 下面,我們將以一個簡單微帶線傳輸線的示例說明如何對傳輸線建模仿真以及優化。三、三、LineSim12指派驅動器和接收器 右鍵點擊單

8、元CELL A0 的IC 圖標(我們將設定它為驅動端)。 點擊指派模型(Assign Models)窗口右邊的“Select”按鈕。 選擇Generic.mod 庫按鈕。 在Devices 列表中，選擇74AC11X:LINE-DRV ，再點擊OK 按鈕。 在Buffer Setting 對話框中點擊單選按鈕“Output”，使其設置為驅動端。 在窗口左邊的Pins 列表中選擇U(B0)；點擊右邊的“Select”按鈕。 選擇Generic.mod 庫按鈕。 選擇74HCXX:GATE-2，點擊OK 按鈕。 確認單選按鈕“Input”被選中，將其設置為接收端。 點擊“關閉”按鈕。三、三、Lin

9、eSim13指派驅動器和接收器對話框三、三、LineSim14選擇一個傳輸線模型右鍵點擊傳輸線符號，發一些時間分別點擊傳輸線類型頁中的各種傳輸線類型單選按鈕，可以通過Values 頁面對各種傳輸線模型進行參數和模型的了解。或者 可以通過點擊編輯傳輸線對話框中上部的傳輸線類型(Transmission-Line Type)頁和值(Values)頁對所選的傳輸線參數進行設置，如下圖：三、三、LineSim單線模型(非耦合)耦合線模型相應傳輸線的各項參數均會自動計算給出15“What-if”分析 選擇微帶線Microstrip 單選按鈕。 設置線長為8 Inches(當然，你可以根據你的需要進行長度

10、設置，我們這里只是為了進行“what-if”分析。如下圖： 選擇確定，關閉對話框。三、三、LineSim16對時鐘線進行仿真 點擊工具條上的示波器圖標 (或者Open oscilloscope/Simulator )。 點擊右上的“Start Simulation”按鈕開始仿真(探頭將被自動指派)。 仿真狀態對話框被打開并開始仿真，仿真結果如下圖所示：三、三、LineSim17采用串聯端接阻抗減小反射左鍵點擊位于驅動IC 和傳輸線符號之間的電阻符號，選擇插入電阻(Resistor)。右鍵點擊電阻符號，輸入其阻值63 歐。如下圖：三、三、LineSim18采用串聯端接阻抗減小反射 點擊工具條上的

11、示波器圖標 打開示波器。 點擊Start Simulation 按鈕重新開始仿真。 對比沒有端接匹配電阻的波形(選中右邊復選框中的previous value 選項)，我們可以很明顯地看到振鈴明顯減小。三、三、LineSim19優化向導的使用 根據信號完整性的知識以及前一個例子，我們知道端接匹配是一個非常重要的解決信號完整性的方法。 但是究竟端接一個多大的阻抗才能夠達到我們所需要的標準呢？ 盲目的去試是不可取的，工作量也會非常大。 LineSim 提供了一個功能強大Terminator Wizard (端接優化向導)，它可以根據傳輸線模型以及所需的指標值，經過計算自動給出各項參數的最佳值。 點

12、擊工具條上 按鍵，或是通過Wizard-Terminator Wizard ，打開優化向導的對話框。 根據個人的需要設置Apply tolerance (可以容許的噪聲容限)，經過計算它會自動給出了優化后的參數值。 令外，點擊對話框右上方的Apply Values 就可以將最佳參數直接應用到各元件中，而不需要在原理圖中一一更改。三、三、LineSim20Terminator Wizard 對話框三、三、LineSimApply tolerance 下拉菜單允許用戶按照需要設定噪聲容限點擊Apply Values 就可以將優化值直接應用到各元件中LineSim 經過計算以后給出最佳參數值21頻譜

13、分析儀(spectrum analyzer) 點擊LineSim 工具條上的頻譜分析儀(spectrum analyzer)圖標按鈕 ，將打開頻譜分析窗口。 頻譜分析儀提供了FCC和CISPR的Class A 和Class B標準線，以便于在仿真中直接觀察EMC。 向上點擊垂直偏移(Vertical Offset)設置按鈕，使Class A 和Class B 的標準線位于分析窗口中，如下圖示：三、三、LineSimFCC 和CISPR 的Class A 標準線FCC 和CISPR 的Class B標準線22頻譜分析儀(spectrum analyzer) 點擊右上的開始仿真“Start Sim

14、ulation” 按鈕，開始仿真，并得出結果，如圖： 我們可以通過改變傳輸線的參數值減小EMC三、三、LineSim從圖上可以看出：在133MHz處，EMC已經遠遠超過了FCC和CISPR的Class B類標準。23損耗分析 在HyperLynx中還提供了有損傳輸線模型的仿真分析。只需要按下工具條上的 按鈕，就可以進入有損仿真狀態。 我們還可以進一步分別觀察介質損耗和導體損耗，只需要在原理圖的傳輸線符號上點擊鼠標右鍵。點擊頻域(Frequency Domain)查看表“Loss”，請注意只有在有損仿真被使能時才出現此圖表。三、三、LineSim點擊衰減率按鈕，確認Resistive 和Diel

15、ectric 復選框已經被選中，我們可以分析曲線顯示在高頻時信號的衰減是如何增加的。24串擾分析基本模型在這一部分中我們采用一個三線串擾的示例說明如何進行串擾分析以及減小串擾的方法。首先要建立傳輸線模型，建立串擾模型的關鍵在于要將相關的傳輸線添加到同一個耦合區域中，具體方法為： 1. 右擊第一條傳輸線的符號，打開傳輸線編輯對話框。 2. 在“Coupled”中選擇單選按鈕“Stackup”，就會進入“Add to Coupling Regions”對話框頁，(New Coupling)將出現在左邊的窗口中。 3. 點擊“Edit coupling Region”頁，可以瀏覽我們建立的耦合區域的

16、截面圖。從這里，點擊Layer 對話框中的下拉菜單，我們從中選擇“3,Signal, InnerSignal1”，使得傳輸線位于該信號層。 4. 點擊傳輸線類型“Transmission-Line Type”頁表，在Comment 域中填上“Aggressor 1”，點擊“確定”按鈕退出。 5. 重復以上的幾個步驟，用同樣的方法建立第二和第三根網絡，必須注意保證三根傳輸線處于同一個耦合區域“Coupling0001”中，命名第二根位于中間的傳輸線為“Victim” TL(A1,B1)，而第三根位于右邊的傳輸線命名為“Aggressor 2”TL(A2,B2)。它們之間的左右位置可以通過窗口底部

17、的左右方向的箭頭移動，按照需要調整三根傳輸線的位置，模型建立好后如圖示：三、三、LineSim25串擾分析基本模型三、三、LineSim26串擾分析 我們還可以直觀的觀察耦合區域之間的電力線和磁力線，只需要在原理圖上右擊傳輸線，選擇“Field Solver”頁，點擊“Start”按鈕。 點擊“View”按鈕，還可以看到阻抗、電磁場耦合參數和耦合線端接等一些具體數值。三、三、LineSim藍色的線代表耦合域之間的電力線紅色的線代表磁力線27串擾分析減小串擾的基本方法三、三、LineSim根據信號完整性的知識，這些方法可以有效地減小串擾：增加傳輸線間距；減小介質層厚度；端接匹配阻抗；當然，在這里

18、我們可以直接通過端接優化向導(Terminator Wizard)分析各個元件的參數值，以確定產生串擾的原因，減小串擾。注：數字示波器提供了clip to copy 功能，使得用戶可以直接將結果導出到需要的文本或者其他編輯工具中。28單線網絡模型 在這里，我們采用HyperLynx自帶的demo.hyp 文件為例說明。 選擇clock網絡，并察看各個端口。四、四、BoardSim 29單線網絡模型四、四、BoardSim 各個端口指派好以后可以通過“.REF IC Automapping File”對話框詳細查看。30單線網絡模型 打開數字示波器，選擇Attach Probes，打開指派示波器

19、探頭的對話框，指派示波器通道。四、四、BoardSim 31單線網絡仿真和優化 使用數字示波器和頻譜分析儀進行仿真，示波器探頭指派好以后，它們的位置顯示于板瀏覽器中的各個對應顏色的箭頭，它們的顏色與示波器各通道的顏色一致。 選擇菜單的“Wizards”選項，選擇“Terminator Wizard”，端接向導對話框將打開。 BoardSim 可以自動地為你計算出最佳的端接元件值 在端接向導窗口中，點擊右上方的值應用“Apply Values”按鈕。 點擊“OK”按鈕，關閉對話框，就可以將合適的參數值應用到模型中。 再次仿真后就可以得到信號完整性較好的波形。四、四、BoardSim 32串擾分析

20、 選擇所需要的網絡。 選擇主菜單“Crosstalk” “Enable Crosstalk Simulation”。或者點擊工具條上的 圖標按鈕，使能串擾仿真。 再選擇主菜單上的“Crosstalk”“Set Crosstalk Thresholds”。打開設置串擾域值對話框。 點擊“Use Electrical Thresholds”單選框，輸入合適的串擾域值。 點擊“Change Default IC Model”按鈕，設置合適的Rise/fall time 值。 可以通過“Walk Coupling Regions(Field Slover views)”觀察各個耦合區域(在圖上顯示為白

21、色的耦合條)，表示的就是超過我們設定的超過耦合域值的區域。 另外，點擊“Impedance”按鈕，就會顯示L、C、Z 值并優化串擾段的端接值。 我們還可以通過主菜單“File” “Export Net/Board to”。可以將目前被分析的網絡或者整板信息導出到各種仿真器如LineSim中進行詳細的仿真分析。四、四、BoardSim 33BoardSim 板級分析BoardSim 提供了一個更為強大的板級分析工具，可以對整個版圖進行分析，也可以對用戶感興趣的重要信號網絡進行詳細的分析。點擊工具條上的Batch mode按鍵，打開板級優化向導。快速分析( Quick analysis)，可以根據

22、需要選擇你感興趣的選項，點擊下一步進入Batch-Mode Analysis設置頁面，設置合適的參數值，這樣在快速分析報告中我們就可以看到。詳細仿真( Detailed Simulations )，包括“ Run signal-integrity (SI) simulations on selected nets ” 和“ Run EMC simulations on selected nets”，這會對重要的網絡進行詳細的仿真分析。并且分別對最好、典型、最壞三種情況給出。板級向導分析完成后，會報告各網絡的狀態，并輸出報告文件。此外，詳細仿真還給出了一個 .CSV(“Comma Separat

23、ed Values”文件，包含了報告中所有的網絡數據，它可以直接被 Microsoft 的 E x c e l 或 者 其 他 電 子 表 格 或 數 據 庫 程 序 打 開 ) 和 一個 .SDF(“Standard Delay Format”文件包含了包括中的管腳延遲信息，它可以被Verilog 和VHDL 仿真器調用，或者時序分析)。你可以根據報告文件對網絡進行分析和優化以提高信號質量。四、四、BoardSim 34Batch Mode 分析工具四、四、BoardSim 快速分析，可以根據需要選擇感興趣的選項詳細仿真，包括SI和EMC仿真35過孔效果仿真 多層板中過孔是不可避免的，Boa

24、rdSim分別提供了有過孔和無過孔的模型仿真。 通過“Edit” “Via Modeling”，打開仿真過孔模型的對話框。 點擊取消左上方的“Include Via L and C”復選框，此時仿真過程中不包括過孔模型。 點擊選中 “Include Via L and C”復選框，此時仿真過程中包括過孔模型，選擇單選項“Auto-Calculate”，BoardSim就會使用內部計算器對設計中的每個過孔類型的電感和電容參數自動地進行計算。 選項“User-Supplied Global L and C”允許使用一個單一的L 和C 參數應用設計中的所有過孔。 還有更高級的“User-Suppli

25、ed Padstack-Specific L and C”選項可以讓用戶使用一個Spreadsheet 表格格式對設計中的任意一個或全部的過孔不進行自動計算，而根據用戶的要求，使用手工設置。四、四、BoardSim36過孔效果仿真對話框四、四、BoardSim包括過孔模型的仿真在設計中的所有過孔使用單一L 和C 參數手工設置全部過孔的L 和C 參數BoardSim 自動計算給出過孔的L和C參數37差分網絡仿真 在這里我們采用BoardSim 的演示文件“DEMODIFF.HYP”的“drv1_out3+”和它的負極性對“drv1_out3-”網絡加以說明。 選擇主菜單“Crosstalk” “

26、Enable Crosstalk Simulation”使能串擾仿真,設置電壓串擾域值20 mV。 點擊“OK”按鈕關閉對話框。(注意：這樣做只是為了允許差分對中兩根網絡的耦合，不管它們之間的耦合是多么的微弱。) 打開“Coupling Region”對話框觀察耦合區域，并點擊其底部的“Impedance”按鈕，打開描述差分對電特性信息的分隔窗口。以便觀察窗口中通過HyperLynx 的field solver 計算出的差分對差分阻抗，如后頁圖： 至于串擾的波形以及量化數值就可以通過數字示波器的波形仿真和眼圖仿真功能加以實現。 另外，我們也可以采用端接優化向導優化各項參數的值。四、四、Boar

27、dSim 38差分網絡仿真四、四、BoardSim 39眼圖 HyperLynx的數字示波器不僅提供波形仿真結果輸出，還提供了眼圖的示波器。 打開示波器窗口中，點擊其右上方的“Operation”選項中選擇單選按鈕“Eye Diagram”。 點擊取消 “Show”窗口的“Eye Mask”復選框的選擇狀態。 在窗口中點擊眼圖的配置按鈕“Configure”，打開配置眼圖的“Configure Eye Diagram”對話框，選擇輸入的隨機序列(可以采用指定長度的假隨機位序列(PRBS)或者用戶自定義的模式)。 在示波器窗口，點擊開始仿真“Start Simulation”按鈕，開始建立眼圖。

28、 當仿真完成，調節眼圖在示波器窗口中的位置，讓眼圖可以位于示波器的中間位置。 觀察眼圖的睜開程度，以分析網絡的抖動和信號質量。四、四、BoardSim 40眼圖對話框四、四、BoardSim 41觸發器的配置四、四、BoardSim 在此下拉菜單中，選擇就可以在下面的位編輯框中編輯你需要的模式,然后點擊save可以保存。一般而言，我們在仿真時都采用指定長度的假隨機位序列(PRBS)。42 HyperLynx 提供了一個HyperLynx Visual IBIS Editor(直觀的IBIS 編輯器)，點擊HyperLynx 軟件的菜單“Edit” “IBIS IC Models(.IBS)”，

29、就可以打開編輯器，如下圖： 我們可以打開已有的.ibs文件加載IBIS文件或是編輯IBIS 文件。五、五、IBIS編輯器編輯器簡介43普通功能編輯窗口提供了一套豐富的編輯功能，類似于現在市場上基于MFC 的編輯器。這個編輯主要包括以下特點： 多級的Undo 和Redo 操作。 完整的Cut/Copy/Paste/Delete 操作。 查找/搜索(Find/Search)功能。 支持替換(Replace)操作。 Tab-to-space 的轉換。 跳轉到行(Go-to-line)的功能。 支持完全的Windows 字體。 區域高亮(highlighting)/Cut/Copy/Paste 操作。五、五、IBIS編輯器編輯器44特殊功能 IBIS 編輯器包含了一個基于樹型的模型結構瀏覽窗口，它位于