基于Hyperlynx的DDR2嵌入式系统设计与仿真

摘 要： 介绍了DDR2嵌入式系统的仿真模型以及Hyperlyxn仿真工具，并基于Hyperlyxn仿真工具对IBIS模型进行仿真分析，给出了一个具体的DDR2嵌入式系统的设计过程和方法。

　　现代电子设计和芯片制造技术正在飞速发展，电路的复杂度、元器件布局以及布线密度、开关速度、时钟和总线频率等各项指标参数都呈快速上升趋势。当上升时间超过传输延时的1/6时，反射、串扰、振荡以及传输线效应等涉及到的时序、信号完整性(SI)、EMI等一系列问题决定着产品设计的成败。特别是DDR2系统，可支持高达9.6 GB/s的带宽(FB-DIMMs)，时钟频率高达0.9 GHz，高速DDR2系统的信号完整性和时序问题，己经成为设计能否成功的关键因素之一。因此，在印制电路板(PCB)设计完成之前，运用仿真工具对PCB进行板级的信号完整性仿真和时序分析，进行分析和设计的优化，可以发现调试过程中可能产生的问题，从而可节约成本、缩短产品的设计周期。

　　1 模型的选取

　　在基于计算机分析信号完整性和时序分析的过程中，建立实际驱动IC的模型十分关键。目前主要有三种可以用于PCB板级信号完整性分析的模型:SPICE模型、IBIS模型和AMS模型。

　　IBIS模型由于采用IN和V/T表的形式来描述I/O单元和引脚的特性，不但方便易得，而且不依赖于不同的仿真工具，计算量较小。

　　SPICE模型需要IC厂商提供详细、准确描述I/O单元的内部设计和晶体管制造参数这些涉及到知识产权的机密数据，所以SPICE模型不易获取。其分析精度主要取决于模型参数的来源(即数据的精确性)以及模型方程式的适用范围。使用不同仿真工具进行SPICE模型仿真时，会产生不同的分析精度。

　　AMS建模语言与IBIS模型同样也是数据形式来描述IC的特性，可以应用在多种不同类型的仿真工具中。AMS模型在PCB板级信号完整性分析中的可行性和计算精度毫不逊色于SPICE和IBIS模型，但目前支持的仿真工具还不是很多。

　　综合比较上述三种模型，由于IBIS模型的方便、快捷、具有必要的精确度以及精度不依赖于仿真工具的优点，本文选取IBIS模型进行仿真。

　　2 仿真工具的选取

　　Mentor公司推出的仿真工具其功能十分强大，Hyperlynx可进行多电路板分析，包括趋肤效应、电介质损耗效应、损耗传输线效应的精确模拟，具有数千兆位信号的内部符号干扰图表分析功能；可为多位激励源、抖动、眼图和眼罩定义区域；可以建立随频率变化的过孔模型而进行分析；进行差分信号模拟和分析来对包括差分阻抗和不同终端负载的优化；Terminator Wizard能够分析并计算出使用包括串联终端、并联、并联交流电和差分最佳的终端方案；通过辐射法和传输线电流分析来发现EMC故障问题；支持所有的PCB布线和布局程序。

　　Hyperlynx还可方便地采用IBIS或HSPICE模型进行仿真，自带7 000个通用IC模型库，或根据数据簿信息运用可视化IBIS编辑器允许测试和编辑IBIS模式来创建用户的模型。Hyperlynx还具有界面友好、方便易用的优点。综合Hyperlynx的优点，本文选取Hyperlynx进行仿真分析。

　　3 设计实例

　　下面给出应用Hyperlynx7.7前仿真工具Linesim和级仿真工具Boardsim利用IBIS模型对基于MIPS架构的XLS606 CPU的信号线进行分析。

　　CPU的最大外频为1 GHz，内存选用Micron公司的DDR2-800，信号线走中间层，参考上下两层地，因为信号工作频率达到400 MHz，故布线密度大，很容易出现信号完整性问题。

　　布线前仿真可以根据PCB对信号完整性的要求，帮助设计者合理布置元器件、规划系统时钟网络以及确定关键线网的端接策略。在布线过程中跟踪设计，随时反馈布线效果，确定PCB布线的约束规则，如参数设置和布线约束等(这里不详细叙述)。