CR-5000 Lightning

Integrierte Simulations- und Analysesoftware für PCB-Designs

CR-5000 Lightning - Screenshot

CR-5000 Lightning ist ein integraler Bestandteil der CR-5000-PCB-Design Plattform und der Schlüssel zur Erzielung schneller, präziser Ergebnisse mit hervorragender Signalintegrität und EMV. Diese leistungsfähige Simulations- und Analysesoftware für PCB-Designs ermöglicht die schnellere Realisierung des Designs, und stellt dabei auch Signalintegrität (SI) und EMV sicher. Simulationen und Routen können aufgrund von Design-Randbedingungen ausgeführt, und Ergebnisse mittels eine gemeinsamen Constraints-Datenbank ausgetauscht werden. Durch CR-5000 Lightning wird fehlerfreies Design von Anfang an möglich, dadurch verringert sich der Design-Zyklus um Wochen. Probleme im Highspeed-Design werden frühzeitig durch effiziente Werkzeuge für komplexe Routing- und Analyseaufgaben gelöst. Der Entwickler muss nicht mehr jedes einzelne Problem separat ermitteln und beheben.

Die in Design Gateway und CR-5000 Board Designer eingebetteten Simulationsmodule Lightning SI-Prolog und Lightning SI-Epilog ermöglichen das direkte Prüfen von Simulationsergebnissen für vorgeschlagene und entflochtene Netztopologien, ohne dazu zwischen Anwendungen wechseln zu müssen.

Das hierdurch mögliche fehlerfreie Design von Anfang an liefert hervorragende Qualität und kürzestmögliche Design-Zyklen. Durch den vollständig integrierten Ansatz von CR-5000 Lightning für Highspeed-Design profitiert der Anwender von einheitlichen und gemeinsamen Design-Randbedingungen sowie der Vermeidung von Problemen durch separates Design und Überwachung von Schaltungsentwurf, Platzierungsplanung und Routing. Unterstützt wird dieser Ansatz durch gemeinsame, aufeinander abgestimmte Simulatoren, Editoren und Betrachter.

Symmetrisches Routen und die sich ergebende elektrische Symmetrie, führen zu voraussagbarem und zuverlässigem elektrischem Verhalten. Lightning hat mit Konzepten wie Trunking oder Intelligent Design Objects (IDOs) neuartige Routingstrategien etabliert. Trunking ermöglicht das Entflechten von Bussen, Signalgruppen und Differenzialpaaren als Einzelobjekte über mehrere Lagen und gewährleistet so maximale Verbindungssymmetrie und minimale Laufzeitdifferenz. Verbindungen mit Bauteil-Pins an Trunk-Enden können automatisch und dynamisch entflochten und in Echtzeit an das interaktive Trunk-Routing angepasst werden. Weitere Signale können durch die Methoden T-In und T-Out eingebunden werden. Intelligent Design Objects (IDO) werden auch für Längenanpassungen verwendet. Sie können umgeformt werden, um beispielsweise Hindernisse zu umgehen, ohne dass sich die Zeitverzögerung ändert. Einen geradlinigen Design-Prozess für ausgeglichene H-Trees mit schwierigen Randbedingungen ermöglicht der H-Tree-Router. Dabei handelt es sich um eine interaktive Routing-Lösung für diese weit verbreitete Topologie. Das neue interaktive Werkzeug zur Längenanpassung bietet Längen- und Laufzeitdifferenzkontrolle und ermöglicht eine maximale Ausnutzung des verfügbaren Platzes auf der Leiterplatte.

Lightning vereinigt den führenden Router von Zuken mit leistungsfähigen Simulationswerkzeugen für das schnelle und effiziente Design von Highspeed-Elektronikprodukten. Die während des gesamten Design-Prozesses zur Verfügung stehende vertiefte „Was-wenn“-Analysefähigkeit ermöglicht die Untersuchung der Design-Grenzen und die Abwägung zwischen SI-Parametern, wie z. B. Übersprechen, Signallaufzeit und EMI-Anforderungen gegen mechanische und thermische Randbedingungen. Außerdem können EMV und Stromsignalintegrität (PI) bereits während des Routings analysiert werden, wobei eine sofortige Rückmeldung in die Routing-Anwendung erfolgt, beispielsweise die farbige Spannungsdarstellung zur Hervorhebung unerwünschter Antennen.

Warum Lightning?

Die wachsende Komplexität im Elektronik-Design, getrieben durch Miniaturisierung, höhere Integrationsdichte und die Mehrfach-Funktionalität der Produkte, führt zu Highspeed-Bauteilen mit hoher Gatter- und Pin-Zahl, die parasitäre Effekte und Routing-Probleme mit sich bringen. Somit brauchen Entwickler umfassende Fähigkeiten bei HD-Design- und Fertigungsprozessen.

Zeitgleich erfordert das Streben nach von Anfang an fehlerfreien Designs konsistente Werkzeuge für die Analyse von Entwurfs-Szenarien von der ersten „Was-wenn“-Analyse bis zur fertigen Leiterplatte.

Die Highspeed-Design-Umgebung von Zuken fußt auf fünf Kernkonzepten, die das effiziente, schnelle und zuverlässige Design von Highspeed-Produkten ermöglichen:

1. Einheitliche Constraints

Unified ConstraintsGemeinsame und einheitliche Design-Randbedingungen vermeiden die Schwierigkeiten, die durch separate Constraints-Festlegung entstehen, und ermöglichen die Kontrolle über Schaltungsentwicklung, Bauteilplatzierung und Platinenlayout.

2. Prozessorientierung

Der vereinheitliche Ansatz mit Highspeed-Constraints und -Analyse sowie die Kommunikation zwischen Systementwurf und Layout ermöglichen eine prozessorientierte Entwicklungsmethodik.

3. Einheitliche Analyse-Engine

Die Verwendung einer gemeinsamen Analyse-Engine stellt die Konsistenz und Kompatibilität von Ergebnissen sicher und vermeidet Fehler aufgrund von Fehlinterpretation von Daten.

4. Frühzeitige Prüfung

Eine frühzeitige Prüfung verbessert die Design-Qualität und verkürzt die Markteinführungszeiten. Zusätzlich zur SI-Analyse in allen Design-Phasen ist die Analyse von EMV und Stromsignalintegrität (PI) während des Routings möglich. Bislang bis zum Prototyping nicht prüfbare Probleme können nun ein bis zwei Entwicklungsschritte früher geprüft und behoben werden, was die Qualität des Design-Prozesses erhöht. Dadurch werden nicht nur elektrische und mechanische Randbedingungen besser eingehalten, auch die Festlegung der endgültigen Produktspezifikation wird beschleunigt. Diese Design-Parameter werden dann während des gesamten Design-Prozesses eingehalten, was die Fertigungseignung gewährleistet.

5. Zusammenführung von Technologien

Die Zusammenführung verschiedener Technologien ermöglicht die Handhabung komplexer Systeme aus mehreren Leiterplatten, beispielsweise durch die parallele Prüfung von Differenzialpaaren über mehrere Platinen hinweg.

Traditionelles Wissen genügt nicht mehr, um Designs zu erstellen, die den Anforderungen von Kunden weltweit gerecht werden. Und der Erwerb der für komplexe Highspeed-Designs erforderlichen Erfahrungen dauert mitunter Jahre. Die hoch entwickelten Technologien von Lightning helfen dem Anwender, aktuelle aber auch zukünftige Design-Herausforderungen zu meistern.

Für CR-5000 Lightning sind eine Reihe von Erweiterungsmodulen verfügbar, u. a.:

Scenario Editor

Für Entwürfe zur „What-If“-Analyse; ermöglicht die Erstellung von Szenarien zur Simulation von Design-Strategien. Es können dabei entweder Schaltungen direkt zum Experimentieren erstellt oder aus Schaltplan oder Layout extrahiert werden.

Szenarien können gespeichert und später zur Prüfung von Design-Annahmen oder als Prüfungsnachweis verwendet werden. Aus Szenarien können auch Vorlagen erzeugt und als Topologie-Constraints genutzt werden.

 

Topology Editor

Über dieselbe grafische Benutzeroberfläche wie im Scenario Editor können Topologie-Constraints, also physikalische Verbindungsstrukturen, erzeugt werden. Es ist möglich, vordefinierte Topologien zuzuweisen, im Scenario Editor erzeugte Vorlagen zu verwenden oder gewünschte Strukturen direkt zu definieren.

 
 

Configuration Editor

Der Configuration Editor dient zur Lösung von Verbindungs-Überschneidungen. Es können Übertragungslinien charakterisiert, die zugehörigen Querschnitte von Leiter und Dielektrikum modifiziert, und mit dem Field Solver simuliert werden. Dabei können Querschnitte aus dem physikalischen Design extrahiert, und als Template gespeichert werden. Weiterhin kann das Verhalten von verschiedenen Lagenaufbauten, Linienbreiten und -abständen bereits vor Erstellung des Layouts untersucht werden.

 
 

SI-Simulation

Die präzise SI-Simulation ist nahtlos in Lightning integriert und bietet vor, während und nach dem Layout die Möglichkeit der Verifikation, auch mittels Augendiagramm für Highspeed-Differentialpaare und Einweg-Kommunikationskanäle. Für die Analyse von Reflexion und Übersprechen wird eine präzise Simulation der Übertragungsstrecke ausgeführt, und relevante Laufzeiten und Verzögerungen werden berechnet. Einzelne Netze können interaktiv analysiert oder für eine vollständige PCB-Sign-Off-Simulation im Batch-Modus geprüft werden.

Die Parameter von Übertragungsstrecken (Phasengeschwindigkeit, Induktivität, Kapazität, charakteristische Impedanz) werden durch einen 2D Field Solver bestimmt. Simulation im Zeitbereich führt zu detaillierten Wellenformen einschließlich der Effekte von Übertragungsverlust, Kopplung und Kompaktifizierung. Ergebnisse für Test-Lasten als nominale Lasten können mit realen Ergebnissen verglichen werden, um zu prüfen, ob das erfolgte Routing die Design-Grenzen verletzt. Simulation im Frequenzbereich wird zur Bestimmung von S-Parametern als Eingabe für externe Werkzeuge eingesetzt.

 
 

Ein Parameterdurchlauf kann zur Bestimmung der optimalen Werte für passive Bauelemente oder Verbindungslängen herangezogen werden. Alle Wellenformen können als XML oder CSV Datei exportiert werden, um deren Betrachtung beispielsweise in MS-Excel zu ermöglichen.

Für die Definition von Multi-Bit-Stimuli als Bitmuster, auch mit konstantem und normal verteiltem Jitter, Periode und vordefinierter Kodierung steht leistungsfähige Funktionalität zur Verfügung. Simulationsergebnisse können als Wellenformen im Zeitbereich oder als Augendiagramme dargestellt werden. Automatische und interaktive Ausmessung von Simulationsergebnissen wird angeboten, um diese präzise mit vordefinierten Randbedingungen (Constraints) vergleichen zu können. Die erweiterte Modellierung von Vias (Durchkontaktierungen) umfasst die Effekte von Widerstand, Kapazität und Induktivität, was entscheidend für Designs mit Signalflanken im Nanosekunden-Bereich ist.

 

Simulation Library Manager

Ermöglicht das Hinzufügen und Editieren von Verhaltensmodellen. So können IBIS-Standardbauteile (http://www.eigroup.org/ibis/ibis.htm) und Electrical Board Descriptions (EBDs) geladen und auch eigene Modelle für PCB und Bauelemente definiert werden. Diese Bauteilmodelle und EBDs können mit der Hauptbibliothek verknüpft werden, oder die Modelle werden durch einen einfachen Mausklick im Constraint Manager ausgewählt. Zudem können passive Ersatzschaltbilder mit Widerständen, Kondensatoren, Spulen und Übertragungsstrecken, beispielsweise für Tiefpässe, definiert werden.

 

 

Zusätzliche Optionen

Lightning P.R.Editor

Seit über zwei Jahrzehnten leistet Zuken Pionierarbeit im Bereich der Routing-Technologie. P.R.Editor XR ist eine Kombination aus der weltweit ersten Grafiktechnologie mit rasterlosen Routing-Algorithmen, die für eine 100 %ige Routing-Produktivität verbessert und optimiert wurde. P.R.Editor XR verkürzt die Design-Zyklen deutlich und steigert die Produktivität, wobei Bauteilplatzierung und Routing manuell, interaktiv und automatisch erfolgen können.


Lightning Power Integrity Advance

Power Integrity Advance bietet in CR-5000 Lightning integrierte Funktionen für die schnelle und einfache Analyse von Power Integrity (PI) und elektromagnetischen Interferenzen (EMI) während des PCB-Design-Prozesses.