Analisi PCB – signal integrity

Segnali digitali sempre più veloci e tempi di sviluppo sempre più ristretti impongono l’uso di tool di analisi per la verifica dell’integrità dei segnali.

Nell’immagine che si vede all’inizio viene generato un impulso che dura circa 100nS (questo è il bit di un bus parallelo) e come si vede sia nella transizione da 0 a 1 che da 1 a 0 è presente ringing.
Il ringhing introduce tre tipologie di difetti:

• errori nell’interpretazione del dato
• stress elettrico (overshoot/undershoot al di fuori delle tensioni massime e minime supportate) che possono causare il guasto dei componenti
• disturbi elettromagnetici (EMI)

E’ quindi consigliabile contenere il più possibile fenomeni di questo tipo, tendendo ad annullare il ringing a seguito delle commutazioni.

Per analizzare l’integrità dei segnali possiamo usare strumenti come HyperLynx di Mentor che consente si modellare più schede, tra loro interconnesse mediante connettori.

E’ possibile esportare per HyperLinx i dati che descrivono un circuito stampato partendo ad esempio da Altium o da Mentor Layout come si vede in questo video:

In HyperLynx è presente una vasta libreria di componenti, ma se non fosse presente il componente opportuno sarà sufficiente ottenere da distributori del componente il file in formato IBIS

Selezionando la NET di cui vogliamo analizzare l’integrità otterremmo grafici di questo tipo che ricostruiscono il segnale che potremmo vedere con un oscilloscopio, una volta realizzata e programmata la scheda

In quest’immagine il segnale rosso rappresenta l’impulso impresso dal simulatore all’inizio di una NET, i segnali blù e verde sono due simulazioni consecutive, HyperLynx consente di sovrapporre i risultati per confrontare le modifiche. Come si vede la traccia blù presenta un overshoot maggiore rispetto alla traccia verde, ma ancora non è ideale.

Inserendo invece le opportune terminazioni otteniamo infine un risultato ideale e il segnale alla fine della NET (traccia verde) non presenta più alcuna anomalia. Si nota il solo ritardo, rispetto al segnale che lo ha generato (traccia rossa) dovuto sostanzialmente alla lunghezza del tratto percorso.

Applicando al circuito le modifiche analizzate con l’uso di HyperLynx otteniamo la forma d’onda sopra riportata: l’ overshoot risulta ridotto al di sotto di 200mV (dai 2V iniziali) e la durata del ringing ridotta a 20nSec rispetto agli oltre 50nSec iniziali.