一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真方法及系统与流程

本发明涉及服务器的技术领域，具体涉及到一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真方法及系统。

背景技术：

高速电路系统中si、pi与emi之间存在复杂的电磁互扰作用，特别是电源噪声对si设计的影响越来越突出。传统si设计(si-only)中将电源供电视为理想电压源，只考虑信号链路对信号传输质量的影响。实际电路系统中电源噪声是不可避免的，包括vrm引入的噪声和芯片工作引起的ssn噪声导致电源供电的波动。理想电源与实际电源之间存在一定范围内的差异。

电源噪声可通过多种机制耦合到信号链路，如ssn通过对芯片驱动器的高阶调制效应，引起驱动器端输出信号畸变。另外ssn在pdn上传输还可通过封装和pcb上的无源互连产生耦合，进一步影响信号质量。通过噪声分解技术可了解到ssn噪声对信号传输质量的影响，一个典型的单端高速互连中符号间干扰(isi，intersymbolinterference)、串扰和ssn噪声分解结果，得到如图二所示。

现代电路设计噪声裕量越来越小，电源噪声对信号质量的影响是必须考虑的。因此si-pi协同设计在现代高速电路设计中是非常有必要的，但至今si-pi协同设计技术仍然存在许多设计瓶颈需进一步研究。芯片中大量相邻驱动器同时开关时，在电源地中引入瞬态大电流，由于电源地中存在寄生电感，在系统电源地上产生电压波动从而形成ssn。ssn的产生主要有两方面因素：瞬态大电流和电源地寄生电感，明白这两方面因素的来源就可清楚地理解ssn产生机理。

信号链路指信号从驱动器到接收器的整个路径，信号链路建模必须从驱动器开始一直到接收器为止，整个链路模型需包含芯片级-封装级-pcb级互连模型。典型的带有母板与子板的高速电路信号链路示意图四，上述信号链路模型是一个简化的模型，在芯片端忽略了片上互连的影响，这会在一定程度上影响si仿真精度。由于芯片上互连尺寸足够小，对信号质量影响较小，将其忽略可在保证足够仿真精度情况下降低建模复杂度。

芯片级建模主要对驱动器进行建模，管级的驱动器模型可提供很高精度的仿真结果，但仿真速度较慢且易泄露芯片工艺参数。因此，各公司都不愿意提供管级驱动器模型。目前主要的驱动器模型是sipce兼容的行为模型，如ibis(i/obufferinformationspecification)模型、verilog-a模型，行为模型经过矫正后可很好地用于时域仿真分析。

行为模型分为两种：一种只支持si-only仿真，另外一种支持si-pi协同仿真。如果采用只支持si-only仿真的行为模型，必须添加补偿电流信息以提供动态电源供电噪声源。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明提出一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真方法及系统，通过比较有无参考电源波动的情况，得知信号在实际完整性问题，保证整个系统的信号完整性。

本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真方法，包括：

步骤101，根据实际电源的运行情况，获取的电源波动情况；

步骤102，分析各个噪声所占的比例；

步骤103，根据理论分析以及测试对比建立高速链路ssn分析模型；

步骤104，考虑高速电路中所有的链路模型，建立高速电路信号链路模型示意图；

步骤105，按照所述高速电路信号链路示意图，对比si-only和si-pi协同仿真的情况，获得在参考pi影响下的si情况。

其中，所述噪声为ssn。

其中，高速链路ssn分析模型包括n个驱动器，所述n个驱动器同时开关时，在电源地中引入瞬态大电流，在系统电源地上产生电压波动形成ssn。

其中，所述高速电路信号链路模型八块芯片级，封装级，pcb级互连模型。

优选的，输出最坏眼图眼高eh和眼宽ew数据。

另外，本发明还提供一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真系统，所述系统包括：电源对比模块，根据实际电源的运行情况，获取的电源波动情况；

噪声分析模块，分析各个噪声所占的比例；

ssn模型模块，根据理论分析以及测试对比建立高速链路ssn分析模型；

链路模型模块，考虑高速电路中所有的链路模型，建立高速电路信号链路模型示意图；

结果模块，按照所述高速电路信号链路示意图，对比si-only和si-pi协同仿真的情况，获得在参考pi影响下的si情况。

其中，所述噪声为ssn。

其中，高速链路ssn分析模型包括n个驱动器，所述n个驱动器同时开关时，在电源地中引入瞬态大电流，在系统电源地上产生电压波动形成ssn。

其中，所述高速电路信号链路模型八块芯片级，封装级，pcb级互连模型。

优选的，输出最坏眼图眼高eh和眼宽ew数据。

本发明提供了一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真方法及系统，展现si-pico-simtool在高速电路si-pi协同分析中的应用，以ddr3rdimm(registereddualin-linememorymodule)和udimm(unbuffereddualin-linememorymodules)的cmd(command)信号组的si-pi协同仿真分析为例，仿真中采用直接在驱动器端添加ssn噪声电源供电，通过分析信号链路isi噪声、ssn噪声和串扰噪声等情况，在去耦合效应良好的pdn系统供电情况下的噪声分解，通过比较有无参考电源波动的情况，极大地得知信号在实际完整性问题，从而保证了整个系统的信号完整性，更好的进行了信号之间的在实际运行中高速传输状态，增强服务器系统信号传输的可靠性。

附图说明

图1是本发明的方法步骤流程图；

图2是本发明的系统结构框图；

图3是本发明的理想电源与实际电源对比图；

图4是本发明的信号链路中噪声比例图；

图5是本发明的高速链路ssn分析模型图；

图6是本发明的高速电路信号链路模型示意图；

图7是本发明的udimmsi-pi协同仿真与si-only仿真最坏眼图轮廓对比图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

配置好hspice安装目录，调用hsipce软件进行仿真。然后，点击运行按钮进行最坏眼图提取与计算。为了与si-only仿真进行对比，需进行一次si-only仿真。加入到信号链路模型中的电源噪声，再调用一次hspice仿真，然后点运行按钮进行si-only情况下的最坏眼图轮廓提取。仿真所得最坏眼图对比结果如图五所示，输出的最坏眼图眼高eh和眼宽ew数据。总结具体步骤为根据实际电源的运行情况，得出图一所示的电源波动情况；并按照图2所示的结构，分析了各个噪声所占的比例，重点为ssn的所占比例；根据理论分析以及测试对比建立如图3所示的ssn模型；考虑高速电路中所有链路模型，尽可能的得到更加精确的情况，建立如图4所示的高速电路信号链路模型示意图；按照设计好的信号链路示意图，对比si-only和si-pi协同仿真的情况，就可以得到在参考pi影响下的si情况。

本发明提供一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真方法，方法步骤流程图如附图1所示，包括：

步骤101，根据实际电源的运行情况，获取的电源波动情况；

如图1所示，高速电路系统中si、pi与emi之间存在复杂的电磁互扰作用，特别是电源噪声对si设计的影响越来越突出。传统si设计(si-only)中将电源供电视为理想电压源，只考虑信号链路对信号传输质量的影响。实际电路系统中电源噪声是不可避免的，包括vrm引入的噪声和芯片工作引起的ssn噪声导致电源供电的波动。理想电源与实际电源之间存在一定范围内的差异。(a)和(b)为理想电压源和实际电压源的比对。

步骤102，分析各个噪声所占的比例；

如图2所示，图2中信号链路isi噪声占绝大部分，ssn噪声比串扰噪声要大许多。图2是一个在去耦良好的pdn系统供电情况下的噪声分解，ssn依旧可达20％左右。现代电路设计噪声裕量越来越小，电源噪声对信号质量的影响是必须考虑的。因此，si-pi协同设计在现代高速电路设计中是非常有必要的。

步骤103，根据理论分析以及测试对比建立高速链路ssn分析模型；

如图3所示，芯片中大量相邻驱动器同时开关时，在电源地中引入瞬态大电流，由于电源地中存在寄生电感，在系统电源地上产生电压波动从而形成ssn。ssn的产生主要有两方面因素：瞬态大电流和电源地寄生电感，明白这两方面因素的来源就可清楚地理解ssn产生机理。高速链路ssn分析模型包括n个驱动器，所述n个驱动器同时开关时，在电源地中引入瞬态大电流，在系统电源地上产生电压波动形成ssn，n为正整数。

步骤104，考虑高速电路中所有的链路模型，建立高速电路信号链路模型示意图；

如图4所示，信号链路指信号从驱动器到接收器的整个路径，信号链路建模必须从驱动器开始一直到接收器为止，整个链路模型需包含芯片级-封装级-pcb级互连模型。上述信号链路模型是一个简化的模型，在芯片端忽略了片上互连的影响，这会在一定程度上影响si仿真精度。由于芯片上互连尺寸足够小，对信号质量影响较小，将其忽略可在保证足够仿真精度情况下降低建模复杂度。

步骤105，按照所述高速电路信号链路示意图，对比si-only和si-pi协同仿真的情况，获得在参考pi影响下的si情况。

如图5所示，为了进一步展现si-pico-simtool在高速电路si-pi协同分析中的应用，以ddr3rdimm(registereddualin-linememorymodule)和udimm(unbuffereddualin-linememorymodules)的cmd(command)信号组的si-pi协同仿真分析为例进行介绍。仿真中采用直接在驱动器端添加ssn噪声电源供电。配置好hspice安装目录，调用hsipce软件进行仿真。然后点击运行按钮进行最坏眼图提取与计算。为了与si-only仿真进行对比，需进行一次si-only仿真。加入到信号链路模型中的电源噪声，再调用一次hspice仿真，然后进行si-only情况下的最坏眼图轮廓提取。仿真所得最坏眼图对比结果如图五所示，输出的最坏眼图眼高eh和眼宽ew数据。

本发明提供了一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真方法，展现si-pico-simtool在高速电路si-pi协同分析中的应用，以ddr3rdimm(registereddualin-linememorymodule)和udimm(unbuffereddualin-linememorymodules)的cmd(command)信号组的si-pi协同仿真分析为例，仿真中采用直接在驱动器端添加ssn噪声电源供电，通过分析信号链路isi噪声、ssn噪声和串扰噪声等情况，在去耦合效应良好的pdn系统供电情况下的噪声分解，通过比较有无参考电源波动的情况，极大地得知信号在实际完整性问题，从而保证了整个系统的信号完整性，更好的进行了信号之间的在实际运行中高速传输状态，增强服务器系统信号传输的可靠性。

本发明的实施方式还提供了一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真系统，如图2所示，所述系统包括：

电源对比模块201，用于根据实际电源的运行情况，获取的电源波动情况；

如图1所示，高速电路系统中si、pi与emi之间存在复杂的电磁互扰作用，特别是电源噪声对si设计的影响越来越突出。传统si设计(si-only)中将电源供电视为理想电压源，只考虑信号链路对信号传输质量的影响。实际电路系统中电源噪声是不可避免的，包括vrm引入的噪声和芯片工作引起的ssn噪声导致电源供电的波动。理想电源与实际电源之间存在一定范围内的差异。(a)和(b)为理想电压源和实际电压源的比对。

噪声分析模块202，用于分析各个噪声所占的比例；

如图2所示，图2中信号链路isi噪声占绝大部分，ssn噪声比串扰噪声要大许多。图2是一个在去耦良好的pdn系统供电情况下的噪声分解，ssn依旧可达20％左右。现代电路设计噪声裕量越来越小，电源噪声对信号质量的影响是必须考虑的。因此，si-pi协同设计在现代高速电路设计中是非常有必要的。

ssn模型模块203，用于根据理论分析以及测试对比建立高速链路ssn分析模型；

如图3所示，芯片中大量相邻驱动器同时开关时，在电源地中引入瞬态大电流，由于电源地中存在寄生电感，在系统电源地上产生电压波动从而形成ssn。ssn的产生主要有两方面因素：瞬态大电流和电源地寄生电感，明白这两方面因素的来源就可清楚地理解ssn产生机理。高速链路ssn分析模型包括n个驱动器，所述n个驱动器同时开关时，在电源地中引入瞬态大电流，在系统电源地上产生电压波动形成ssn，n为正整数。

链路模型模块204，用于考虑高速电路中所有的链路模型，建立高速电路信号链路模型示意图；

如图4所示，信号链路指信号从驱动器到接收器的整个路径，信号链路建模必须从驱动器开始一直到接收器为止，整个链路模型需包含芯片级-封装级-pcb级互连模型。上述信号链路模型是一个简化的模型，在芯片端忽略了片上互连的影响，这会在一定程度上影响si仿真精度。由于芯片上互连尺寸足够小，对信号质量影响较小，将其忽略可在保证足够仿真精度情况下降低建模复杂度。

结果模块205，用于按照所述高速电路信号链路示意图，对比si-only和si-pi协同仿真的情况，获得在参考pi影响下的si情况。

如图5所示，为了进一步展现si-pico-simtool在高速电路si-pi协同分析中的应用，以ddr3rdimm(registereddualin-linememorymodule)和udimm(unbuffereddualin-linememorymodules)的cmd(command)信号组的si-pi协同仿真分析为例进行介绍。仿真中采用直接在驱动器端添加ssn噪声电源供电。配置好hspice安装目录，调用hsipce软件进行仿真。然后点击运行按钮进行最坏眼图提取与计算。为了与si-only仿真进行对比，需进行一次si-only仿真。加入到信号链路模型中的电源噪声，再调用一次hspice仿真，然后进行si-only情况下的最坏眼图轮廓提取。仿真所得最坏眼图对比结果如图五所示，输出的最坏眼图眼高eh和眼宽ew数据。

本发明提供了一种基于电源波动情况下信号完整性的仿真系统，展现si-pico-simtool在高速电路si-pi协同分析中的应用，以ddr3rdimm(registereddualin-linememorymodule)和udimm(unbuffereddualin-linememorymodules)的cmd(command)信号组的si-pi协同仿真分析为例，仿真中采用直接在驱动器端添加ssn噪声电源供电，通过分析信号链路isi噪声、ssn噪声和串扰噪声等情况，在去耦合效应良好的pdn系统供电情况下的噪声分解，通过比较有无参考电源波动的情况，极大地得知信号在实际完整性问题，从而保证了整个系统的信号完整性，更好的进行了信号之间的在实际运行中高速传输状态，增强服务器系统信号传输的可靠性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。