¿Qué es un modelo SPICE?

SPICE (Programa de Simulación con Énfasis en Circuitos Integrados). A medida que aumenta la frecuencia de conmutación de E/S y disminuyen los niveles de voltaje, la simulación analógica precisa de E/S se ha convertido en una parte importante del diseño moderno de sistemas digitales de alta velocidad. Al simular con precisión buffers de E/S, terminales y trazas de placa, puede reducir drásticamente el tiempo de comercialización de nuevos diseños. Al identificar los problemas de integridad de la señal asociados con ellos al comienzo del diseño, se puede reducir la cantidad de puntos de fijación de la placa. Tradicionalmente, el análisis SPICE se utiliza en áreas como el diseño de circuitos integrados que requieren alta precisión. Sin embargo, a escala de PCB y de sistema, el enfoque SPICE tiene varias desventajas tanto para los usuarios como para los proveedores de dispositivos. Debido a que las simulaciones SPICE simulan circuitos a nivel de transistor, contienen información detallada sobre los parámetros del circuito y del proceso. La mayoría de los proveedores de circuitos integrados consideran que este tipo de información es exclusiva y se niegan a hacer públicos sus modelos. Aunque la simulación SPICE es precisa, la velocidad de simulación es particularmente lenta para el análisis de simulación transitoria (comúnmente utilizado al evaluar el rendimiento de la integridad de la señal). Además, no todos los simuladores SPICE son totalmente compatibles. Las opciones predeterminadas del simulador pueden variar de un simulador SPICE a otro. Debido a que algunas opciones muy poderosas controlan la precisión, la convergencia y el tipo de algoritmo, cualquier opción inconsistente puede resultar en una mala correlación de los resultados de la simulación de diferentes simuladores. Finalmente, debido a que existen variantes de SPICE, a menudo los modelos no siempre son compatibles entre simuladores; deben filtrarse para un simulador específico; Los modelos SPICE son descripciones basadas en texto de dispositivos de circuitos utilizados por los simuladores SPICE que pueden predecir matemáticamente el comportamiento eléctrico de los componentes en diferentes circunstancias. Los modelos SPICE van desde la descripción unifilar más simple de componentes pasivos, como resistencias, hasta subcircuitos extremadamente complejos que utilizan cientos de líneas. Los modelos SPICE no deben confundirse con los modelos pSPICE. pSPICE es un simulador de circuito dedicado proporcionado por OrCAD. Aunque algunos modelos de pSPICE son compatibles con SPICE, no se garantiza la compatibilidad total. SPICE es el simulador de circuitos más utilizado y un estándar abierto. La interferencia electromagnética tiene dos tipos: interferencia conducida e interferencia radiada. La interferencia conducida se refiere al acoplamiento (interferencia) de señales en una red eléctrica a otra red eléctrica a través de un medio conductor. La interferencia radiada significa que la fuente de interferencia acopla (interfiere) su señal a otra red eléctrica a través del espacio. En el diseño de sistemas y PCB de alta velocidad, las líneas de señal de alta frecuencia, pines de circuitos integrados, diversos conectores, etc. pueden convertirse en fuentes de interferencia de radiación con las características de la antena, que pueden emitir ondas electromagnéticas y afectar a otros sistemas u otros subsistemas dentro del sistema. Funciona normalmente. Desde la aparición de la tecnología de reducción de ruido de los sistemas electrónicos a mediados de la década de 1970, principalmente debido a las regulaciones relevantes para productos digitales comerciales propuestas por la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. en 1990 y la Unión Europea en 1992, estas regulaciones exigen que varias empresas garanticen que sus Los productos cumplen con estrictos coeficientes de magnetización y pautas de lanzamiento. Los productos que cumplen con estas normativas se denominan compatibilidad electromagnética EMC (Compatibilidad Electromagnética). La integridad de la señal se refiere a la calidad de la señal en la línea de señal. Una señal con buena integridad significa que tiene el nivel de voltaje requerido cuando es necesario. La mala integridad de la señal no es causada por un solo factor, sino por una combinación de factores en el diseño a nivel de placa. Los principales problemas de integridad de la señal incluyen reflexión, oscilación, rebote del suelo, diafonía, etc. La reflexión es un eco en una línea de transmisión. Parte de la potencia de la señal (voltaje y corriente) se transmite a la línea y llega a la carga, pero parte se refleja. Si la fuente y la carga tienen la misma impedancia, no se producirán reflexiones. La falta de coincidencia de impedancia entre la fuente y la carga provocará reflejos en la línea y la carga reflejará parte del voltaje de regreso a la fuente. Si la impedancia de la carga es menor que la impedancia de la fuente, el voltaje reflejado es negativo; por el contrario, si la impedancia de la carga es mayor que la impedancia de la fuente, el voltaje reflejado es positivo; Las variaciones en la geometría del cableado, la terminación incorrecta de los cables, la transmisión a través de conectores y las discontinuidades del plano de potencia pueden causar tales reflejos. La diafonía es el acoplamiento entre dos líneas de señal. La inductancia mutua y la capacitancia mutua entre las líneas de señal causan ruido en la línea. El acoplamiento capacitivo induce la corriente de acoplamiento, mientras que el acoplamiento inductivo induce el voltaje de acoplamiento.

Los parámetros de la capa de la placa PCB, el espaciado de las líneas de señal, las características eléctricas del extremo conductor y del extremo receptor y los métodos de terminación de línea tienen un cierto impacto en la diafonía. El sobreimpulso se produce cuando el primer pico o valle excede el voltaje establecido: el voltaje más alto para un flanco ascendente y el voltaje más bajo para un flanco descendente. El punto inferior es el siguiente mínimo o pico. Un exceso excesivo puede hacer que los diodos de protección funcionen, provocando fallas prematuras. Una insuficiencia excesiva puede provocar errores falsos de reloj o de datos. El fenómeno de oscilación se repite por exceso y por defecto. La oscilación y la oscilación envolvente de la señal son causadas por una inductancia y capacitancia excesivas en la línea. La oscilación es un estado subamortiguado y la oscilación envolvente es un estado sobreamortiguado. Los problemas de integridad de la señal suelen producirse en señales periódicas, como las oscilaciones y las oscilaciones envolventes, al igual que las reflexiones, también son causadas por muchos factores. Las oscilaciones pueden reducirse mediante una terminación adecuada, pero no pueden eliminarse por completo. Cuando hay un gran aumento de corriente en el circuito, provocará un ruido de rebote en el plano de tierra (denominado rebote de tierra). Por ejemplo, cuando las salidas de una gran cantidad de chips se activan al mismo tiempo, se producirá una gran corriente transitoria. fluirá a través del plano de potencia del chip y la placa, la inductancia y resistencia del paquete del chip y el plano de potencia provocarán ruido en la fuente de alimentación, lo que producirá fluctuaciones de voltaje y cambios en el plano de tierra real (0V). afectará la acción de otros componentes. El aumento de la capacitancia de carga, la disminución de la resistencia de carga, el aumento de la inductancia de tierra y el aumento en la cantidad de dispositivos de conmutación conducirán a un aumento en el rebote de tierra. Debido a la división del plano de tierra (incluida la fuente de alimentación y la tierra), por ejemplo, la capa de tierra se divide en tierra digital, tierra analógica, tierra de blindaje, etc., cuando la señal digital llega al área de tierra analógica, regresa al plano de tierra. se generará ruido. La capa de energía también se puede dividir en 2,5 V, 3,3 V, 5 V, etc. Por lo tanto, en el diseño de PCB multivoltaje, el ruido de rebote y el ruido de reflujo del plano de tierra necesitan atención especial. El dominio del tiempo es el proceso de cambios de voltaje o corriente en función del tiempo, que se puede observar con un osciloscopio. Se utiliza comúnmente para encontrar retrasos entre pines, sesgos, sobreimpulsos, insuficientes y tiempos de estabilización. El dominio de la frecuencia es el proceso de cambios de voltaje o corriente basados ​​en la frecuencia, que se puede observar con un analizador de espectro. A menudo se utiliza para comparar formas de onda y FCC y otros límites de control de EMI. La impedancia es la relación entre el voltaje de entrada y la corriente de entrada en la línea de transmisión (Z0=V/I). Cuando una fuente envía una señal a una línea, evitará que conduzca hasta 2*TD, donde TD es el retraso de la línea, y la fuente no ve su cambio. El tiempo de estabilización es el tiempo necesario para que una señal oscilante se estabilice hasta un valor final específico. El retraso de pin a pin es el tiempo entre un cambio de estado en el lado del conductor y un cambio de estado en el lado del receptor. Estos cambios generalmente ocurren al 50% de un voltaje determinado. El retraso mínimo ocurre cuando la salida cruza por primera vez el umbral dado (umbral). El retraso máximo ocurre cuando la salida cruza por última vez el umbral de voltaje (umbral). Condición. La desviación de la señal es la diferencia horaria entre llegadas a diferentes receptores de la misma red. Skew también se utiliza para compensar el tiempo de llegada del reloj y de los datos a las puertas lógicas. La velocidad de respuesta es la pendiente del borde (la tasa de cambio del voltaje de una señal en relación con el tiempo). La especificación técnica de E/S (como PCI) establece que el estado está entre dos voltajes. Esta es la velocidad de respuesta que se puede medir. No cambia durante el ciclo de reloj actual. También conocida como línea "atascada" o línea estática. La diafonía puede hacer que una línea estática cambie dentro de un ciclo de reloj. Un reloj falso es cuando un reloj cruza un umbral y sin querer cambia de estado (a veces entre VIL o VIH). Generalmente causado por un exceso de insuficiencia o diafonía.