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Verifica del progetto PCB: perché è fondamentale il Signoff

di Ivano Tognetti on 7 Settembre 2016

La verifica del progetto PCB è un passaggio essenziale nell’industria elettronica contemporanea. Quasi tutti i progetti elettronici presentano dei problemi già al momento del loro completamento. Individuarli rappresenta una delle sfide più importanti per i progettisti. Anche effettuando la simulazione, alla fine di un progetto elettronico è necessario porsi alcune domande, come ad esempio:

  • Tutte le net sono state simulate?
  • Come sono stati analizzati gli effetti delle interferenze elettromagnetiche (EMI)?
  • Viene analizzata la power distribution network (PDN)?

La risposta più esaustiva si ottiene tramite il Signoff, un processo di verifica del progetto PCB che deve essere completato prima del rilascio in produzione. Il termine “Signoff” è stato usato per molti anni nell’ambito della progettazione di circuiti integrati (IC), dove è indispensabile un processo che assicuri che tutti i controlli siano stati completati e che il progetto stesso non richieda un re-spin. Col crescere della complessità e la sofisticazione dei circuiti stampati (PCB) , e col decrescere della tolleranza rispetto ai ritardi di consegna, un processo di Signoff sta diventando critico anche per il successo di un progetto PCB.

L’importanza del Signoff per la verifica del progetto PCB

Oggi nella progettazione di schede elettroniche, i segnali ad alta frequenza tendono a creare problemi su tutta la scheda. Un processo di Signoff migliorato si rende necessario per rimuovere i colli di bottiglia e per assicurare che tutte le problematiche critiche siano state controllate, adottando metodi completi e ripetibili. Il Signoff consente inoltre una copertura delle analisi più alta, che interessa una percentuale maggiore di nets e dettagli che non possono essere simulati.

L’ideale sarebbe usufruire delle competenze di esperti di Signal Integrity (SI ) e compatibilità elettromagnetica (EMC) in modo tale che le regole possano essere scritte per coprire l’intero progetto , controllando tutte le net nel modo che adotterebbe l’esperto, se avesse tempo. In tal modo, i progettisti PCB e hardware potrebbero partecipare più efficacemente al processo di verifica e di Signoff.

Mentor Graphics offre la soluzione completa per il Signoff, con tutti i controlli necessari, integrati in un unico ambiente di progettazione:

  • Validazione Regole di Layout (DRC)
    • Minimizzare le problematiche SI/PI/EMI in fase iniziale, accelerando il ciclo di progetto
  • Compatibilità Elettromagnetica (DRC)
    • Il prodotto non deve irradiare eccessivamente o essere troppo sensibile alle radiazioni esterne
  • Signal Integrity
    • Controllo segnali ad alta velocità (HyperLynx GHz, 3DEM, DRC)
    • Controllo memorie (DDR Wizard)
  • Power Integrity (HyperLynx PI, DRC)
    • La PDN deve distribuire efficientemente la potenza richiesta
  • Producibilità (Valor)
    • Il prodotto può essere costruito con un’alta resa
  • Conformità Termica
  • Analisi termica statica di massima (HyperLynx Thermal)
  • Analisi termica dettagliata, includendo elementi esterni (FloTHERM)

In cosa consiste il Signoff

Esempi di richieste di Signoff elettronico possono essere: qualità del segnale (Overshoot, risonanze, segnali monotonici); timing (specifiche timing DDR, tempi di transizione per misure di timing); power (densità di corrente, correnti nei vias, impedenza di disaccoppiamento); termica (stima delle temperature massime); collegamenti seriali ad alta velocità (bit error rate); Electrical Rules Checking (EMI, crosstalk, ecc.).

Con HyperLynx Generic Batch Simulation è possibile analizzare un ampio numero di net su una scheda. Il tool è in grado di analizzare tutte le net ad alta velocità, fornendo un report completo su foglio elettronico con la qualità del segnale e del timing, che include ritardi, overshoot statici e dinamici, risonanze, crosstalk, monotonicità, tenendo conto di effettivi e margini.

L’analisi di timing è sempre parte della verifica di una scheda elettronica. L’impiego dell’analisi batch generica per calcolare i tempi di transizione genera un output IEEE SDF (format standard delay), utilizzabile in un tool di analisi del timing o in un foglio di calcolo. Il modulo DDR Wizard fornisce inoltre un’analisi completa delle DDR, che include il timing.

HyperLynx DC Drop

I piani di alimentazione devono essere in grado di fornire corrente sufficiente per mantenere la tensione necessaria in ogni pin di alimentazione di ciascun circuito integrato. HyperLynx DC drop calcola la caduta di tensione in ogni punto del piano, visualizza le correnti massime e la caduta di tensione ed elenca il tutto in uscita su un foglio elettronico.

Il tool calcola anche l’impedenza tra i piani e i pin di alimentazione degli IC, laddove c’è la necessità di una bassa impedenza per evitare che la corrente di transizione crei tensione di rumore. L’analisi del rumore fornisce la vista della sua propagazione attraverso i piani, nel dominio del tempo.

L’analisi termica

L’affidabilità termica è un altro requisito comune che sta diventando sempre più importante con il rimpicciolirsi dei dispositivi elettronici e il conseguente aumento della densità. HyperLynx Thermal è in grado di fornire una rapida valutazione del profilo termico della scheda, con la verifica della conformità prima del rilascio ai meccanici. Inoltre, con FloTHERM, è possibile effettuare un’analisi termica avanzata.

Le interfacce Serial Bus, come ad esempio PCI Express, oggi sono comuni in molti progetti di PCB. C’è tipicamente la necessità di adeguarsi a determinati bit-error-rates, che determinano la conformità quale criterio di Signoff. Qui è necessario adottare tecniche di analisi avanzate, come la modellazione 3D su tutti i vias, l’impiego dei modelli IBIS-AMI per driver e receiver, l’impiego dei modelli S-Parameters per connettori e modelli package.

HyperLynx DRC

HyperLynx DRC (Design Rule Checks) è il pilastro della validazione automatica e del Signoff. HyperLinx DRC automatizza i controlli di progetto, eliminando gli errori causati dall’ispezione manuale, riducendo così a poche ore i giorni normalmente necessari per i controlli manuali. Include inoltre regole predefinite che consentono controlli di progetto per EMI, SI, PI su elementi non facilmente o velocemente simulabili. C’è la possibilità di personalizzazione delle regole, che permettono un facile accesso agli oggetti nel database tramite l’automazione, calcoli geometrici avanzati e un ambiente per la scrittura e il debug degli script.

HyperLynx DRC accelera il processo di Signoff, riducendo il tempo di realizzazione complessiva del progetto. È un tool integrato, facile da usare, che consente di coinvolgere un’ampia gamma di utenti. HyperLynx DRC consente di individuare problemi che la simulazione non riesce ad identificare e di ridurre il tipico collo di bottiglia rappresentato dagli specialisti SI/PI/EMC. Oltre a ridurre i costi dei controlli manuali, riduce quelli legati al numero di prototipazioni, ai ritardi sulle programmazioni e ai guasti sul campo.

HyperLynx DRC è in grado di identificare tutti i difetti potenziali che richiedono analisi e/o simulazioni dettagliate e che potrebbero essere localizzati in qualsiasi punto della scheda.

Lo schema che segue rappresenta il processo di Signoff elettrico guidato da DRC ottimale.

signoff eelettronico guidato da drcHyperLynx DRC viene fornito con 23 controlli predefiniti, i cui parametri sono personalizzabili e che sono adattabili a qualsiasi progetto. Tali parametri sono organizzati in gruppi EMI (ad esempio tracce che attraversano splits, cambio piano di riferimento, nets vicine ai margini del piano, accoppiamento con nets I/O), SI (esempi: nets troppo lunghe (rischio SI), controllo terminazione, cambio impedenza su net) e PI (esempi: larghezza Nets Power, prossimità condensatori di disaccoppiamento).

Effettuati i vari tipi di controlli SI, PI e DRC tramite HyperLynx, è possibile validare la propria lista di controllo per il Signoff e verificare che siano stati rispettati tutti i requisiti richiesti e che il progetto sia conforme. La tabella che segue rappresenta un esempio concreto di Signoff elettronico.

signoff elettronico checklist

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