新話題來(lái)啦！仿真與理論的完美結(jié)合---開(kāi)篇
發(fā)布時(shí)間：2022-11-02 13:29
作者：一博科技高速先生成員 黃剛
高速先生其實(shí)想寫這個(gè)話題很久了，因?yàn)槊磕旮咚傧壬鸁o(wú)論是在研討會(huì)上還是客戶現(xiàn)場(chǎng)，又或者是高速先生文章和客戶的互動(dòng)中，都有很多朋友希望高速先生多介紹一些和仿真相關(guān)的知識(shí)，問(wèn)得最多的問(wèn)題之一就是“你們是用什么軟件進(jìn)行仿真的啊？”，高速先生是一直都把粉絲的需求記在心上的哈，這個(gè)話題雖然總總總會(huì)遲到，但是不會(huì)缺席哈！
高速先生決定在這個(gè)時(shí)候開(kāi)展這個(gè)話題主要基于幾方面的原因哈：一是一直關(guān)注高速先生文章的老鐵們都知道，我們已經(jīng)很久很久沒(méi)有做過(guò)系列的文章了，這幾年的文章內(nèi)容都相對(duì)雜亂，內(nèi)容雖然精彩但是卻不夠系統(tǒng)，因此我們的每期小冊(cè)子出得相當(dāng)有難度；二是寫仿真相關(guān)的話題需要涉及到仿真軟件，就像這個(gè)系列一樣，我們都會(huì)一直使用cadence的仿真軟件來(lái)寫，因此在每篇文章中可能都需要用到這個(gè)套件的其中一個(gè)功能，因此對(duì)高速先生來(lái)說(shuō)也是一種溫故知新的機(jī)會(huì)哈；第三肯定就是時(shí)間和人力啦，高速先生團(tuán)隊(duì)其實(shí)一直都處于忙碌的狀態(tài)，只不過(guò)最近新加入了不少小伙伴，然后他們也在學(xué)習(xí)仿真技術(shù)中，因此才利用這個(gè)機(jī)會(huì)分享這個(gè)系列，話題的內(nèi)容會(huì)比較適合大眾的硬件工程師、PCB工程師、測(cè)試工程師以及剛?cè)腴T的SI工程師哈！因此高速先生覺(jué)得現(xiàn)在就是開(kāi)啟這個(gè)話題的最好時(shí)機(jī)了！作為開(kāi)篇，高速先生先簡(jiǎn)單的介紹下這個(gè)系列話題希望分享給朋友們什么東西。
首先SI理論永遠(yuǎn)是入門這個(gè)行業(yè)的“內(nèi)功心法”，但是卻令不少朋友望而卻步，因?yàn)樯厦娴睦碚撈鋵?shí)都不那么容易懂，夾雜著公式、算法、理論于一體，不能靠死記硬背，更需要融會(huì)貫通，最好是能夠形象的量化出來(lái)。例如高速先生舉一個(gè)入門級(jí)的例子---傳輸線反射理論。
如上所示，我們發(fā)送一個(gè)0到1的階躍信號(hào)，鏈路上首先經(jīng)過(guò)50歐姆的串阻，然后遇到100歐姆的一定長(zhǎng)度的傳輸線，負(fù)載是一個(gè)高阻的950歐姆電阻，問(wèn)在負(fù)載端的電壓會(huì)怎么實(shí)時(shí)變化？當(dāng)然很多人的第一反應(yīng)是“不就是50歐姆和950歐姆分壓，不就是0.95V嗎？”當(dāng)然這個(gè)答案是對(duì)的，但是放在我們高速信號(hào)來(lái)說(shuō)，他又不全對(duì)，因?yàn)樗皇亲詈蠓€(wěn)態(tài)的時(shí)候才是0.95V，前面很短時(shí)間（ns級(jí)別）時(shí)一直在變化！
去求解這道題需要用什么SI理論？我們可以告訴你用的是反射的理論，阻抗遇到不匹配的節(jié)點(diǎn)時(shí)會(huì)反射，反射會(huì)出現(xiàn)反射系數(shù)和傳輸系數(shù)，通過(guò)幾個(gè)電路公式的推導(dǎo)，就能夠得到反射系數(shù)和傳輸系數(shù)的算法。
這個(gè)時(shí)候你就可以開(kāi)始解這道題了，其中我們高速先生的小伙伴在初學(xué)的時(shí)候一定會(huì)畫過(guò)這么一張“反彈圖”來(lái)手寫算出來(lái)，草稿就是下面這樣子。一頓操作猛如虎，結(jié)果都還沒(méi)算到反射五（第五次反射的值）。
難，理論是真的難，通過(guò)人工的方式量化出結(jié)果來(lái)更難，這個(gè)時(shí)候大家就會(huì)遇到了第二個(gè)難點(diǎn)了，想通過(guò)仿真解決但是仿真軟件該怎么使用，怎么通過(guò)精確的搭建仿真模型來(lái)得出人工難以算出的結(jié)果。還是上面那道題，如果我們會(huì)搭建這么一個(gè)仿真鏈路的話，那出結(jié)果也就是幾秒的事情了。
這個(gè)時(shí)候我們只需要做一個(gè)時(shí)域的仿真，就可以獲得在負(fù)載端的結(jié)果，如下所示：
可以看到在若干次之后已經(jīng)不斷的逼近我們一開(kāi)始的答案0.95V了，但是對(duì)于高速先生，前面的波動(dòng)才是我們需要去關(guān)注的。。。
最后一個(gè)問(wèn)題，仿真能解決什么實(shí)際問(wèn)題呢？同樣還是以上面的這個(gè)反射理論來(lái)舉例子，我們遇到過(guò)某個(gè)網(wǎng)口產(chǎn)品項(xiàng)目中，千兆網(wǎng)不能順利的link上，主要定位到了CPU到PHY的這一組RGMII走線通道上，該走線通道中間串有串阻。
一開(kāi)始電阻的選型為22歐姆，然后板子出現(xiàn)千兆網(wǎng)link不上的問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)波形測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，波形在上下閾值判斷的位置出現(xiàn)臺(tái)階，影響了接收端的判斷。
我們通過(guò)搭建鏈路仿真，的確有仿真出測(cè)試點(diǎn)上有這樣的一個(gè)臺(tái)階，并而在仿真時(shí)可以掃描這個(gè)22歐姆串阻的值，發(fā)現(xiàn)改為0歐姆之后臺(tái)階會(huì)往高低電平去移動(dòng)，也就是會(huì)遠(yuǎn)離閾值的電平位置，于是建議客戶換上0歐姆串阻試試，結(jié)果調(diào)試就能夠成功link上千兆速率了。最后客戶補(bǔ)充一個(gè)0歐姆串阻的測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)和仿真高度一致，臺(tái)階位置移動(dòng)了，遠(yuǎn)離了閾值電平，判別沒(méi)有問(wèn)題了。
對(duì)，我們這系列的文章會(huì)以這樣的形式來(lái)呈現(xiàn)給粉絲們，讓SI理論更容易被大家理解，也讓大家明白SI仿真的意義和重要性。高速先生初步規(guī)劃會(huì)覆蓋到包括傳輸線、反射端接、串?dāng)_這些基本理論的闡述，另外還包括一些與產(chǎn)品項(xiàng)目相關(guān)的理論，例如DDR方面、電源方面、高速串行方面、封裝仿真設(shè)計(jì)方面等內(nèi)容，當(dāng)然也希望更多的覆蓋到粉絲們的需求，大家可以在問(wèn)題后面留言，告訴高速先生你們最期待的是哪方面內(nèi)容，我們可以根據(jù)你們的需求隨時(shí)調(diào)整哈，我們也會(huì)截取幾條最有文采的留言，給予一份驚喜而美麗（簡(jiǎn)稱精美）的小禮品哈！那開(kāi)篇就講到這里咯，敬請(qǐng)期待該系列后面的文章。
