PCB Analysis

PCB Design, qu’est-ce que le Design Rule Checking (DRC), avec un cas pratique d’application

on 10 juin 2019

Le Design Rule Checking (DRC) est une méthode qui permet une vérification du respect des règles de conception. Ces règles sont des contraintes intrinsèques imposées à une étude mais aussi des règles extérieures de bonnes pratiques pour garantir que la conception fonctionnera correctement et pourra être produite en toute sécurité.  “Signoff” est un terme qui signifie que l’ensemble des règles à été respecté dans une conception.

Lorsque l’on parle de Design Rule Checking, l’enjeu est la possibilité d’éviter les itérations du projet comme par exemple de devoir refaire un prototype car des problèmes sont survenus lors de la première tentative. Ces étapes peuvent coûter très cher, parfois des dizaines de milliers d’euros. Pour beaucoup de concepteurs ce genre de contrôles n’est pas une habitude, surtout dans les entreprises de taille plus réduite qui risquent ainsi d’être mises hors-jeu dans un marché toujours plus concurrentiel.

La solution PADS Professional répond parfaitement à ce type d’exigence car elle inclut le module HyperLynx DRC. HyperLynx DRC est un logiciel rendant possible ce qui semblait avant impossible : identifier systématiquement et automatiquement les erreurs qu’une inspection visuelle ne pourrait jamais voir.

Avec HyperLynx DRC, PADS Professional aide le concepteur à s’assurer que la conception respecte les contraintes appropriées pour une multitude de règles de conception électriques différentes : intégrité du signal analogique (SI), intégrité des alimentations (PI) et interférences électromagnétiques (EMI).  Plus de 70 règles paramétrables sont présentes pour permettre au concepteur d’identifier et de corriger les violations rencontrées en lieu et place d’une inspection visuelle propice aux oublis et erreurs.

Un cas d’application du DRC

Dans ce chapitre nous verrons un cas d’application réel de l’utilisation d’HyperLynx DRC au sein de PADS Professional. Cet exemple concerne la BeagleBone Black, un ordinateur  monocarte open source à faible consommation produit par Texas Instruments, très apprécié des développeurs et des passionnés d’informatique. La carte est constituée du processeur TI Sitara, de 512 Mb de RAM DDR3 et de 2 GB de mémoire flash ainsi que d’un certain nombre d’interfaces physiques et d’autres fonctionnalités.

Beaglebone Black

La Beaglebone Black

Vérification des règles de base avec HyperLynx DRC dans PADS Professional

Une fois que le projet est chargé dans HyperLynx DRC, une fenêtre de contrôle des analyses montre les règles qui sont divisées en catégories. Pour déterminer lesquelles sont importantes, le concepteur crée une liste d’objets personnalisés pour inclure les signaux liés aux GPIO. Le GPIO (General Purpose Input/Output) est une interface avec des dispositifs et des préférences externes, tant d’input que d’output. Avec l’augmentation de la complexité et de la densité des PCB actuels, rechercher et trouver tous les signaux qui traversent un plan séparé (split plane) est un processus manuel exténuant. Les outils de simulation standards ne contrôlent généralement pas ces situations.

Le problème avec la plupart des outils est que lorsqu’un signal haute vitesse traverse un split plane il peut créer une discontinuité d’impédance sur la piste du signal, ce qui peut entraîner des réflexions, des radiations et des diaphonies indésirables. Quand le concepteur met en oeuvre la règle ‘Nets Crossing Gaps’ dans HyperLynx DRC, il est capable d’identifier facilement quand et où apparaissent ces discontinuités.

La règle Nets Crossing Gaps permet de vérifier que les traces d’un signal dispose d’un plan de référence. Les signaux nécessitent un plan de référence adjacent pour permettre des trajets de courant de  retour continus, réduisant ainsi le risque de rayonnement common-mode.

Il y a généralement des dizaines d’erreurs ce ce type sur les signaux. Pour aider le concepteur à trier, affiner et sélectionner les erreurs, celui-ci dispose d’une synthèse sous la forme d’un tableau de résultats.  La sélection d’une erreur dans ce tableau permet directement la visualisation géographique de celle-ci dans le PCB. Ensuite, il peut décider si l’erreur doit être corrigée ou pas et apporter des modifications si nécessaires.  Cette action peut être menée aussi depuis la fenêtre “Contrôle d’Analyse” de l’outil de layout. En cas de modification, rejouer la vérification permettra de s’assurer de la bonne résolution du problème.

Le concepteur peut de plus exécuter une règle séparée ‘IC-over splits’, qui vérifiera si les composants (type circuit intégré (IC))  ont un plan de référence adéquat en dessous d’eux. Si un IC n’a pas de plan de référence intégré dans son boitier et qu’il ne dispose pas d’un plan de référence au niveau du PCB, alors cela pourrait entraîner un rayonnement en mode commun. Si des cas de CI sans plan de référence sont identifiés, le concepteur peut alors cliquer sur une erreur spécifique et l’outil montrera l’emplacement exacte de l’erreur.

IC over split DRC

L’application de la règle ICs over split

Le DRC des paires différentielles avec HyperLynx

La carte BeagleBone Black a plusieurs paires différentielles à 90 ohms.  Pour les gérer, le concepteur peut utiliser le gestionnaire de contraintes (Constraint Manager)  pour créer un groupe (appelé classe) qui inclura toutes ces paires différentielles. Une fois nommée, les données de cette classe sont automatiquement chargées depuis la définition de classe de contraintes de classes dans PADS Professional. Pour en revenir aux règles concernées, le concepteur peut contrôler l’impédance de ces paires différentielles de 90 ohms.  S’il existe des difficultés pour l’intégrité du signal associées à des inadéquations d’impédance différentielle, le concepteur peut trouver une autre règle d’impédance différente dans la catégorie SI. Cette règle vérifiera si l’impédance reste cohérente pour tous les segments de la piste pour un signal donné.

Une fois les propriétés de la règle configurées correctement, le concepteur peut voir si des erreurs existent. Si des erreurs d’impédance se produisent, cela peut être dû au fait que la règle ait été exécutée à l’aide des paramètres standards prédéfinis. Par exemple, la valeur par défaut d’impédance dans la règle pourrait être de 100 ohms, mais la valeur des paires différentielles dans la carte est de 90 ohms. Le concepteur peut rapidement modifier le paramètre par défaut de HyperLynx DRC, puis exécuter à nouveau la règle. Une fois la règle vérifiée, le concepteur peut passer à une étape suivante.

Positionnement des capacités de découplage

L’un des nombreux défis auxquels sont confrontés les concepteurs consiste à suivre les paramètres de chaque composant. Dans la datasheet du processeur TI utilisé sur la BeagleBone Black, le concepteur devra entre autre, se concentrer sur la section décrivant les exigences des capacités de découplage du processeur. Si les capacités de découplage ne sont pas correctement positionnées, le risque de dysfonctionnement de l’interface DDR3 est élevé. La datasheet indique que la distance maximale autorisée pour les condensateurs de dérivation sur le net VDDS_DDR est de 10mm (400 mils).

Avec ces informations, il est essentiel de revenir sur l’outil DRC et de trouver la règle de positionnement des condensateurs de découplage. Cette règle permet de déterminer s’ils sont placés correctement en accord avec les paramètres appropriés autour de l’IC. S’il existe des erreurs d’emplacement, le concepteur peut sélectionner chacun des composants incriminés. PADS Professional aide le concepteur à détecter l’emplacement de l’erreur par rapport au rayon de placement spécifié.

Analyse de la transition de signal d’une couche à l’autre

La règle « vertical reference plane change » examine les signaux passant d’une couche à une autre. Bien que le changement de plan soit une pratique courante en matière de conception, pour s’adapter à la densité actuelle de la topologie du circuit imprimé, il convient de veiller à réduire le risque de radiation en mode commun. Souvent, les condensateurs ou les “stiching via” sont placés pour permettre un chemin de retour du courant continu. Cette règle détermine si ces conditions sont remplies. Le concepteur exécute la règle dans la liste des objets GPIO définis précédemment afin de spécifier les contraintes pour les changements de plan. En cas d’erreurs, des recherches ultérieures pourraient montrer qu’elles se produisent sur différentes broches  du principal processeur de la carte. La nécessité de remédier à ces erreurs dépendrait du type d’utilisation du processeur et du rôle de ces broches.

Spécifications temporelles pour les signaux à hautes vitesses

La règle suivante exécutée par le concepteur est « delay and links matching ». Les spécifications temporelles des signaux à hautes vitesses timing est extrêmement importante pour un bon fonctionnement, en particulier dans les structures DDR. Si les signaux DDR n’atteignent pas leur destination avec des contraintes de timing adéquates, la mémoire ne fonctionnera pas correctement. Les problèmes de timing se produisent pour une multitude de raisons incluant : le temps de propagation de la ligne de transmission dû au stackup du circuit, les propriétés diélectriques et le routage des signaux. Les problèmes de retard étant souvent dus aux propriétés physiques uniques d’un circuit imprimé, il s’agit d’un paramètre important que le concepteur doit prendre en compte. Les réseaux DDR étant souvent sujets à des problèmes temporels, le concepteur crée une autre liste d’objets contenant les signaux DDR.

Pour cette vérification, le concepteur vérifie la cohérence des délais, la cohérence des longueurs de routage ou les deux. Une des fonctionnalités puissantes de HyperLynx DRC est le calcul automatique des valeurs nécessaires à partir des informations du stackup. En cas d’erreur, PADS Professional montrera en rouge le signal en défaut et en vert le signal de référence.

Intégrité du signal et des alimentations.

HyperLynx DRC a des règles avancées qui aident à identifier les problèmes d’intégrité du signal (SI) et d’alimentation (PI). Dans un projet DDR qui utilise la topologie “fly-by”, la longueur des ‘stub’ est importante pour un fonctionnement correct.

  • La règle ‘Fly-by Topology’ vérifie que les signaux utilisant ce type de routage ont été routés avec les contraintes appropriées. Un aspect à prendre en compte est la diaphonie, car elle peut entraîner de graves erreurs de synchronisation et de fonctionnement. Il est très difficile de la diagnostiquer manuellement sur un circuit imprimé. La règle de topologie fly-by aide le concepteur à identifier la diaphonie indésirable sur les signaux sensibles.
  • La règle ‘Signal Supply’ vérifie les discontinuités entre les plans d’alimentation d’un circuit  intégré et le plan de référence des signaux qui lui sont connectés. Ces types d’erreur peuvent entraîner des rayonnements potentiellement puissants et provoquer des défaillances EMI (interférences électromagnétiques).
  • La règle ‘Power Ground Width’ ​​contrôle la présence de tracés étroits sur les réseaux de masse. Si les pistes d’alimentation et de masse ne sont pas assez larges, le courant résultant peut être insuffisant. Cela peut entraîner une série de problèmes, notamment une alimentation insuffisante des composants et une élévation de température.
  • La règle ‘Filter Placement’ vérifie la présence de filtres à proximité immédiate des broches des connecteurs. Les filtres sont nécessaires pour supprimer les bruits pouvant être présents sur un connecteur afin de protéger les signaux sensibles et d’empêcher les radiations. L’absence ou le mauvais placement des filtres sur les connecteurs peut causer de sérieux problèmes d’EMI.
  • La règle « Return Path » garantit que les signaux testés ont un trajet de retour d’impédance suffisamment faible. Le respect de ce type de règle est important, notamment à cause de l’augmentation des exigences de conception des circuits à grande vitesse et la réduction de la taille du circuit imprimé. Si le courant de retour sur une piste ne passe pas correctement sous le conducteur il pourrait emprunter un chemin imprévu à travers d’autres zones du circuit, ce qui pourrait causer des problèmes d’interférences électromagnétiques.

Dans PADS Professional, le concepteur peut afficher toutes les règles exécutées dans la fenêtre Analysis Control. Les erreurs spécifiques sont décrites plus en détail dans la fenêtre Hazards. Si le concepteur décide d’ignorer une violation, il peut l’accepter en cochant la case correspondante. Il est également possible d’écrire des commentaires sur les risques acceptés afin de suivre facilement les décisions de conception. Le concepteur peut ensuite créer un rapport de toutes les erreurs dans un fichier texte en cliquant sur l’icône « Signaler tous les dangers ».

HyperLynx DRC in PADS Professional

La fenêtre Analysis Control de HyperLynx DRC dans PADS Professional

Succès du premier coup avec HyperLynx DRC

En conclusion, avec PADS Professional et HyperLynx DRC, le concepteur peut être assuré que son projet fonctionnera dès le premier essai en identifiant les erreurs qui seraient difficiles à diagnostiquer en temps normal. Grâce à ces outils, vous évitez de perdre du temps et de l’argent sur des pannes de carte coûteuses et des itérations. Garantir que le circuit imprimé réponde à toutes les attentes en matière de règles électriques avancées est la condition à remplir pour le succès de la première étape de la conception.

Réduire les temps de conception avec le Design Rule Checking (DRC)

Regardez le webinaire à la demande gratuitement

webinar sul Design Rule Checking (DRC)

Dans la conception de circuits imprimés, il est courant que des défauts de conception, souvent difficiles à détecter, dégradent la performance globale du projet et provoquent des défaillances. Mais grâce au Design Rule Checking (DRC), il est possible de vérifier l’intégrité d’un circuit imprimé, à la fois d’un point de vue logique et physique.

Dans ce webinaire Olivier Arnaud parle des fonctionnalités de HyperLynx DRC pour PADS Professional, un système de contrôle personnalisable basé sur des règles électriques pour le PCB layout et l’IC Design.

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5G, ce qui change pour l’industrie électronique

on 21 mai 2019

La 5G est la prochaine révolution technologique qui devrait entraîner de grands changements dans les services numérique, avec des répercussions importantes pour les différents opérateurs du secteur et pour les consommateurs finaux. Mais qu’impliquera l’adoption progressive de la 5G dans le domaine de la conception et de la production électronique ?

Un point de départ intéressant afin d’explorer ces nouvelles perspectives est le rapport de Scott Stonham, fondateur d’innovationscouts.tech, lors de la dernière édition du Mobile World Congress à Barcelone (#MWC19), dont le thème était la connectivité intelligente.

La 5G dans l’automobile

L’automobile est l’un des secteurs les plus prometteurs. « Par rapport à l’an dernier », déclare Scott Stonham, « l’accent est moins mis sur les véhicules autonomes mais l’est davantage sur les véhicules connectés. Le concept vidéo de BMW l’a parfaitement démontré, avec le conducteur utilisant des gestes à l’intérieur de l’habitacle pour indiquer un restaurant, obtenir des informations sur le menu et réserver une table, tout simplement en pointant et en parlant. » L’automobile est l’un des secteurs dans lesquels les opérateurs de télécommunication ont les attentes les plus élevées. Vodafone a déclaré à cette occasion que les voitures connectées constituaient, selon eux, le secteur connaissant la croissance la plus rapide en termes de nombre de connexions.

Toutefois, en ce qui concerne la communication V2x, c’est-à-dire la communication entre véhicules et entités externes, la technologie la plus efficace reste la norme IEEE 802.11p. Le livre blanc de Siemens que vous pouvez télécharger à la fin de cet article l’explique plus en détails.

La 5G dans la médecine

La médecine est le domaine dans lequel la 5G peut trouver son application la plus complète, car elle peut tirer parti de toutes les fonctionnalités propres à cette technologie. Depuis l’apparition du concept de 5G il a été supposé que les trois scénarios principaux d’utilisation de cette nouvelle technologie seraient :

  1. Une vitesse plus élevée ;
  2. La capacité à prendre en charge un nombre beaucoup plus élevé de connexions par cellule ;
  3. Une amélioration significative de la fiabilité et de la latence.

Le problème était de les appliquer à des cas d’utilisation concrets. Au MWC de Barcelone, il a été présenté comment la chirurgie robotique à distance pourrait être l’un de ces cas d’application, celle-ci nécessitant des vitesses très élevées, une fiabilité garantie et une latence  extrêmement faible. Pendant l’événement, il y avait la possibilité d’assister à la première intervention dans le monde de chirurgie contrôlée en direct. C’était une intervention de sigmoïdectomie laparoscopique, c’est-à-dire l’ablation du sigmoïde, la partie terminale du gros intestin. Pour les plus curieux, voici la partie de la conférence concernant cette intervention.

Outre la chirurgie à distance, il existe de nombreuses autres applications potentielles dans le domaine médical, depuis les applications pour le de don de sang jusqu’à l’envoi de véhicules d’urgence, en passant par le support aérien en cas d’accident ou de sauvetage. D’autres domaines devraient  naître de la combinaison de l’intelligence artificielle, la 5G et l’IoT, ce qui permettrait de mieux comprendre la quantité croissante de données provenant des dispositifs portables.

La 5G dans le gaming

À l’extrême opposé de l’intérêt pratique, nous trouvons le gaming, l’autre domaine dans lequel les attentes sont énormes car le jeu en ligne nécessite une grande rapidité et une faible latence. Cela pourrait être le secteur de consommation dans lequel la 5G peut le mieux jouer le rôle de moteur économique.  Le chiffre d’affaires, déjà très conséquent, pourrait trouver un nouveau terrain fertile dans le développement du Cloud Gaming, le jeu joué directement sur le net entre joueurs à distance. Vous pouvez voir une explication du fonctionnement de Cloud Gaming dans cette vidéo montrant un schéma proposé par Ubisoft. Ce schéma explique comment, grâce à la bande passante du réseau, le lecteur peut exploiter la puissance de calcul des serveurs distants.

Les 5 générations de la téléphonie mobile

Le nom 5G désigne la cinquième génération à partir des premiers modèles de téléphones analogiques de la fin des années 1970.

Géneration1G2G2.5G303.504GSG
Débuts1970-19801990-20002001-20042004-20052006-20102011-Aujourd’huiProchainement (2020)
Largeur de bande2 Kbps64 Kbps144 Kbps2 MbpsMore than
2 Mbps
1 Gbpsmore than 1 Gbps
TechnologieAnalog
Cellular
Digital
Cellular
GPRS,
EDGE,
CDMA
CDMA 2000
(1xRT, EVDO)
UMTS, EDGE
EDGE.
Wi-Fi
WiMax LTE
Wi-Fi
wwww
ÉmetteurVoiceDigital Voice, SMS,Higher Capacity Packet Size

Data

SMS,
MMS
Integrated
High Quality
Audio, Video &
Data
Integrated High Quality Audio, Video & DataDynamic Information access, Wearable DevicesDynamic Information access, Wearable Devices with AI Capabilities
MultiplexeFDMATDMA,
CDMA
CDMACDMACDMACDMACDMA
CommutateurCircuitCircuit,
Packet
PacketPacketAll PacketAll PacketAll Packet
Réseau principalPSTNPSTNPSTNPacket N/WInternetInternetInternet
TransmissionHorizontalHorizontalHorizontalHorizontalHorizontalHorizontal &
Vertical
Horizontal &
Vertical

Source: Rehman Talukdar & Mridul Saikia.

Qu’est-ce que la 5G et en quoi se différencie-t-elle de la 4G

Il est important de souligner que la 5G n’en est qu’à ses tout débuts. En effet, on ne peut pas dire que la 5G soit déjà une réalité, car il existe très peu de régions du monde où la connexion 5G est proposée et les téléphones qui la prennent en charge ne sont pas encore commercialisés. Il faudra au moins deux ans pour atteindre un seuil critique de zones et d’appareils connectés. Selon les spécialistes, la 4G restera dominante jusqu’en 2021.

En France, Orange a déjà lancé des pilotes 5G à Belfort (Franche-Comté) sur plusieurs bandes de fréquence. SFR, Bouygues Telecom, Free, ont également conduit des tests pour avancer sur la question de la 5G.

La 5G diffère de la génération précédente, celle que nous utilisons actuellement, avant tout par sa vitesse beaucoup plus élevée avec des valeurs maximales de 20 Gbps, même si dans la pratique elle est d’environ 1,4 Gbps. La technologie 4G (LTE) actuelle a un pic d’environ 4 000 Mbps, qui atteint en pratique 100 Mbps. La longueur d’onde est très petite car les fréquences sont très élevées, jusqu’à 300 GHz. Cela signifie que la transmission est beaucoup plus sensible à la distance par rapport à l’antenne, la puissance diminuant beaucoup plus rapidement que pour la 4G, ainsi qu’aux obstacles physiques. Un nombre conséquent d’antennes supplémentaires est donc nécessaire, ce qui provoque déjà de nombreuses réactions d’inquiétudes pour la santé. Sur ce dernier point, il est inutile de dire qu’il n’y a pas de preuves scientifiques définitives et qu’entre-temps le marché continue de progresser.

Une autre différence très importante concerne le temps de latence, qui est réduit à des valeurs nettement inférieures à 10 millisecondes, voire même à 1 ms selon certains scénarios. C’est une différence importante par rapport au seuil de 20 ms que 4G ne peut dépasser, surtout lors de nombreuses connexions simultanées. La latence mesure la vitesse de réponse d’un système, définie comme l’intervalle de temps entre le moment où l’entrée du signal arrive sur un système et le moment où sa sortie est disponible.

Enfin, la 5G se distingue de la 4G par une capacité bien supérieure à gérer plus de connexions en simultanée.

La 5G dans la conception électronique

Le lancement de la 5G aura évidemment un impact très important sur le monde de l’électronique, même si cela sera de manière différente selon le type d’application et le dispositif concerné. Les smartphones seront ceux qui subiront l’impact le plus important, de même que les dispositifs de réalité virtuelle et, en partie, l’IoT. Les facteurs clés de la conception seront la disponibilité d’outils adéquats pour tester et mesurer les paramètres temporels, selon William G. Wong, de Electronic Design.

Wong mentionne l’avis de Sean D’Arcy, directeur des secteurs de l’aérospatiale et de la défense chez Analog Devices, selon qui « avant que la 5G ne soit disponible à l’échelle mondiale, les technologies RF rencontreront des points critiques de contrôle des performances. La disponibilité du spectre, qu’elle soit faible, moyenne ou élevée, aura une grande importance. Au-dessous de 6 GHz, le niveau de couverture sera massivement mis en place par le biais de MIMO (systèmes à entrées et sorties différentes) utilisant les infrastructures existantes, suivie ensuite d’une densification. L’installation de petites cellules sera cruciale pour la distribution 5G, afin d’exploiter les fréquences les plus hautes ».

Piyush Sevalia, vice-président directeur du marketing de SiTime, a fait une observation très intéressante : « En 2019, nous verrons un intérêt croissant pour les progrès de la synchronisation 5G, parallèlement à la croissance de la distribution 5G. Par conséquent, les solutions de synchronisation MEMS vont proliférer car elles apportent des avantages exclusifs qui ne sont pas offerts par les solutions de synchronisation traditionnelles. Les marchés de la 5G, des télécommunications, de l’automobile et de l’IoT bénéficieront grandement de la taille, de la fiabilité et des performances des solutions de synchronisation MEMS. Nous rappelons que l’abréviation MEMS signifie Micro Electro-Mechanical Systems (microsystèmes électromécaniques). Elle désigne un ensemble de dispositifs de différents types (mécaniques, électriques et électroniques) intégrés sous une forme très miniaturisée sur le même substrat de matériau semi-conducteur, par exemple le silicium. Ces dispositifs combinent les propriétés électriques du semi-conducteur intégré avec des propriétés opto-mécaniques « .

« Dans les réseaux et les communications », déclare Sevalia, « les temps et la synchronisation sont essentiels pour l’ensemble du système. La résilience de la synchronisation MEMS fournit des performances inépuisables lorsqu’elle se propage dans des environnements moins contrôlés et plus difficiles, ce qui est fondamental pour la 5G. Ce même besoin de fiabilité et de performances dynamiques encourage l’utilisation croissante des résonateurs MEMS dans le secteur automobile, où les systèmes doivent fonctionner de manière fiable dans des conditions difficiles. Dans l’IoT, la synchronisation MEMS fournit une petite taille, un poids réduit et une basse puissance ».

Le potentiel de la 5G ne doit cependant pas nous faire perdre de vue le fait que la mise en œuvre de nouvelles technologies nécessite un certain temps et qu’entre-temps le secteur doit progresser sur les routes solides déjà existantes. Les technologies actuellement en place, telles que la 3G et la 4G, guideront les solutions IoT, IIoT et de l’industrie 4.0. « La plupart des applications IoT ne nécessitent pas de connectivité à bande large », signale Wong. « Le LTE-M., en d’autres termes la version M2M (Mobile2Mobile) de la spécification de communication sans fil LTE, « peut offrir 1 Mb / s, alors que les autres options disponibles sont beaucoup plus lentes. La 5G permettra une capacité de transmission nettement supérieure, ouvrant la voie à de nouvelles applications ».

Technologie 802.11p e 5G dans le secteur automibile

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Ready to roll: Why 802.11p beats LTE and 5G for V2x

Ce livre blanc de Siemens explique comment la communication V2x, c’est-à-dire la communication entre véhicules et entités externes, améliore la sécurité de la circulation et accroît l’efficacité des systèmes de transport. La technologie de communication à courte portée (DSRC), basée sur la norme IEEE 802.11p, a fait l’objet d’une standardisation poussée, du développement de produits et d’essais sur le terrain par toutes les parties impliquées, démontrant ainsi les avantages considérables offerts par le domaine V2x. Contrairement aux technologies cellulaires, la DSRC est prête pour la mise place de V2x et peut être appliqué à ses cas d’utilisation les plus exigeants.

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Analyse des signaux analogiques et mixtes : les avantages du cloud dans la simulation analogique

on 29 avril 2019

La simulation des circuits électroniques par l’analyse des signaux analogiques et mixtes est un outil crucial pour compléter de manière efficace la conception d’un circuit imprimé. Cette dernière permet en effet d’évaluer rapidement les variations conceptuelles relatives aux composants, à l’alimentation et à la température, en simulant toutes les fonctionnalités qui puissent se vérifier. Le problème majeur est toujours celui d’obtenir un « jumeau digital » (digital twin) à chaque phase du projet, le plus proche possible de ce que sera le produit final. Cela permet non seulement de prévenir d’éventuels problèmes dans l’usage réel du produit, mais aussi de limiter la création de prototypes physiques en ayant recours au prototypage virtuel.

La solution aux défis de création du produit électronique associés aux circuits à signaux analogiques et mixtes requiert un environnement de simulation et de prototypage virtuel représentant de manière précise aussi bien ses éléments électroniques que mécaniques. La technologie de simulation PADS Analog/Mixed-Signal (AMS) supporte le développement des modèles avec des fonctionnalités complètes dans les formats SPICE et VHDL-AMS et représente aujourd’hui l’une des solutions les plus performantes qu’offre le marché. Grâce à l’association des instruments de bureau et du cloud, la PADS AMS Design Suite offre un environnement de prototypage virtuel permettant de s’adapter aux exigences telles que la rapidité et la facilité d’utilisation tout en ayant des critères strictes tels que la fiabilité.

Pourquoi la technologie cloud est utile pour l’analyse des signaux ?

De nos jours la grande majorité des projets de produits électroniques incluent des composants à signaux mixtes ou à technologie mixte, qui doivent être implantés et vérifiés dans le contexte d’un produit ou d’un système plus vaste. Ceci exige souvent de travailler dans un environnement collaboratif et demande la contribution de plusieurs équipes de travail. PADS AMS Cloud est une réponse efficace, étant un environnement de simulation basé sur le cloud et sur l’importance de la communauté, il permet l’exploration à distance du circuit électronique. Disponible pour tous les utilisateurs de PADS, une telle solution constitue une aide précieuse aux concepteurs, et est caractérisée par sa vitesse et sa simplicité d’utilisation.

Comment fonctionne le PADS AMS cloud ?

À la différence des instruments traditionnels pour la simulation des circuits, il est facile avec le PADS AMS Cloud de combiner n’importe quel modèle électronique comme l’analogique ou le digital, avec :

  • Des modèles conceptuels, comme des fonctions de transfert ou des ensembles basés sur les mathématiques.
  • Des modèles de capteurs ou de déclencheurs, comme les capteurs de contrôle de mouvements ou de
  • Des modèles basés sur les effets réels, comme les dynamiques d’un chargement mécanique.

Avec la puissance et la flexibilité des dispositifs basés sur les signaux analogiques mixtes VHDL et la modélisation, l’électronique d’un circuit, tout comme les éléments électromagnétiques, peuvent être représentés de façon précise dans le contexte d’un système plus vaste afin d’explorer des concepts, définir des paramètres et vérifier des résultats.

La visualisation des formes d’ondes et l’analyse des résultats d’une simulation s’avère tout aussi intuitifs avec les sondes et les formes d’onde. Les sondes peuvent être positionnées directement sur un composant pour, par exemple, visualiser le courant, la température ou encore la tension d’une résistance.

En définitive, de l’analyse à la réalisation, la solution PADS AMS Cloud pour les signaux mixtes basée sur la combinaison du cloud et du bureau, offre des fonctions de conception, de simulation et d’analyse qui aident les concepteurs à créer un produit électronique plus rapidement et plus facilement. Dans le même temps, la fiabilité, la performance et la pleine réalisation des projets de conception sont garanties.

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Un schéma d’exemple du PADS AMS Cloud (cliquer pour agrandir)

Électronique analogique et électronique digitale

Pour conclure, il peut être utile de fournir quelques explications supplémentaires sur la distinction entre électronique analogique et électronique digitale. Pour cela il est intéressant de citer Christian Falconi et Arnoldo D’Amico, tous deux professeurs à l’université Tor Vergata de Rome, dans le cadre de leur cours sur l’électronique analogique à basse tension.

« D’un point de vue « physique » la distinction entre l’électronique analogique et digitale est arbitraire étant donné que dans n’importe quel circuit électronique les tensions et les courants acquièrent des valeurs continues (à proprement parler, même si la charge électrique est « quantifiée », le courant électrique ne l’est pas, car le temps est une variable continue).

Néanmoins, conformément à la pratique courante, on classifie en adoptant d’un point de vue « systématique », certains circuits comme « digitaux » et d’autres comme « analogiques ». Cette classification est utile pour indiquer, synthétiquement, le type de signal d’entrée et de sortie d’un circuit, mais il est opportun d’en souligner les limites.

Aujourd’hui, beaucoup de systèmes ne peuvent être considérés, à proprement parlé, ni analogiques, ni digitaux. Mis à part les exemples classiques (convertisseurs ADC et DAC, systèmes utilisant des techniques de type « sigma-delta »,…) dans lesquels doivent nécessairement coexister signaux analogiques et digitaux, à l’heure actuelle même dans les projets des systèmes digitaux « par excellence » (mémoires, microprocesseurs,…) il est nécessaire d’avoir des connaissances approfondies de l’électronique analogique (il faut prendre en considération les parasites, les interférences,…), à tel point que, comme il se dit, « high-speed digital design is analog design ».

De la même façon, même les systèmes analogiques « par excellence » doivent aujourd’hui contenir des systèmes digitaux (comme c’est le cas des « smart sensors »).

En conclusion, les circuits analogiques et digitaux ne sont pas deux catégories de circuits en concurrence, mais simplement deux catégories de circuits « complémentaires », le concepteur de systèmes électroniques doit être capable d’exploiter les techniques analogiques, digitales ou mixtes. »

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Analyse de l’intégrité de signal pour les projets de faible puissance

on 26 juin 2018

Dans le but d’économiser la batterie, la plupart des produits électroniques modernes nécessitent une conception à faible consommation. Pour cette raison, les réseaux doivent fonctionner à très basse tension et doivent également traiter les données plus rapidement. Pour ce faire, ils augmentent le débit et la vitesse d’horloge, ce qui rend les projets plus sensibles à la diaphonie provenant d’autres réseaux.

HyperLynx est un logiciel dédié au contrôle des circuits imprimés, notamment à l’analyse de l’intégrité de signal des lOT pour le contrôle de la diaphonie et des terminaisons des réseaux de lignes de transmission.

Pour identifier les réseaux critiques pour la simulation, il est nécessaire de considérer une caractéristique du réseau : les temps de montée et de descente du signal par rapport à la longueur de la piste. Sans compter de vérifier les caractéristiques des broches de l’appareil sur la fiche technique, où l’on peut trouver les informations relatives à l’oscillation de tension, la vitesse de variation, le temps de commutation, l’impédance d’entrée… et après, il faut comparer ces données avec la longueur des pistes.

C’est pourquoi, il est conseillé d’avoir le support d’un outil comme HyperLynx SI -de Mentor– car cette procédure peut devenir compliquée. Ce logiciel permet de créer des modèles simples de dispositifs, basés sur des données techniques, et simuler des réseaux pour être en mesure de déterminer s’il y a des problèmes. HyperLynx SI peut également utiliser les informations fournies par les modèles IBIS IBIS pour aider à identifier les signaux critiques. Le logiciel lit l‘information IBIS, rapporte la longueur et le délai sur les réseaux de lignes de transmission et détermine les nets à simuler.

 La théorie des lignes de transmission doit aussi être prise en compte afin de juger de la criticité des réseaux. La longueur critique compare le retard sur la piste avec la vitesse du signal pour déterminer s’il y aura des problèmes de qualité avec ce signal.

L’impédance des traces est également importante car elle impacte sur la qualité du signal. Une fois que les lignes de transmission dépassent la longueur critique, l’impédance peut provoquer des réflexions et déformer la qualité du signal. Le concepteur du circuit imprimé peut contrôler l’impédance des traces en utilisant les éléments suivants de l’empilage : l’épaisseur et la constante diélectriques, l’épaisseur de cuivre et la largeur de piste: avec l’augmentation de la largeur de piste, l’impédance diminue; tandis que si la largeur diminue, l’impédance augmente.

La suite HyperLynx offre les outils pour planifier l’empilage afin d’obtenir des bons résultats concernants l’impédance, ainsi que l’intégrité de signal en général.

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Fondements de l’analyse de l’intégrité de signal

Les bases de l’analyse de l’intégrité de signal: réseaux critiques, lignes de transmission, débits et impédance.

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Carlota HerreroAnalyse de l’intégrité de signal pour les projets de faible puissance

DRC dans la conception de PCB: la version gratuite de HyperLynx DRC arrive pour le contrôle des règles de projets

on 18 avril 2018

Aujourd’hui, Mentor  vous offre la possibilité de télécharger une version gratuite d’ HyperLynx DRC pour la conception des circuits imprimés, et vous permettre d’expérimenter ses fonctionnalités et parcourir son manuel de façon optimale.

Avec huit contrôles de règles de conception standard, HyperLynx DRC Free Edition vous permet d’identifier facilement les points de votre carte, susceptibles de générer des problèmes d’intégrité du signal (SI), d’intégrité de la puissance (PI), d’interférence électromagnétique et de conformité (EMI / EMC). Les moteurs intégrés pour le calcul géométrique, la recherche de chemin et l’extraction de la topologie de réseau, associés à un résolveur de champ 2D, fournissent des résultats rapides et précis sans avoir à préparer de modèles d’appareils.

HyperLynx DRC fournit un contrôle rapide et complet à tous les concepteurs de circuits imprimés, ingénieurs hardware et experts SI (intégrité du signal), PI (intégrité de la puissance), EMC (compatibilité électromagnétique) en utilisant la méthode itérative pour identifier les non-conformités de conception et éliminer les inspections manuelles dans le cycle du PCB.

HyperLynx DRC est disponible en cinq versions:

  • Free: Téléchargeable gratuitement avec une licence d’un an qui inclut 8 règles.
  • Gold: inclut 22 règles SI, PI et EMI / EMC, y compris la diaphonie et le contrôle de bout de chaîne pour les contrôles SI conventionnels, un contrôle de topologie fly-by pour la DDR3 / 4 et un contrôle d’ordre PI des condensateurs de découplage.
  • PE: Avec 23 règles, il identifie immédiatement les problèmes d’interférence électromagnétique (EMI) et d’intégrité du signal (SI) et possède un contrôle efficace des règles de conception grâce à un moteur géométrique avancé.
  • Standard: inclut 32 règles et une documentation approfondie sur les normes de codage AOM et DRC, la prise en charge de VBScript et JavaScript, l’environnement d’écriture et le débogage des scripts, la création de règles personnalisées.
  • Developer: recommandé pour les moyennes et grandes entreprises, avec 40 règles, il offre la possibilité d’écrire du DRC personnalisé, supporte VBScript et JavaScript et un environnement de débogage de script intégré

HyperLynx DRC Free Edition
HyperLynx DRC Free Edition est conçu pour un accès rapide et facile aux données de conception. L’assistant d’installation intégré contient des éléments tels que l’affectation du modèle électrique, les composants discrets et la définition du connecteur et du réseau d’alimentation / de mise à la terre.
Les contrôles peuvent être définis avec une liste spécifique d’objets de projet (par exemple, réseaux d’alimentation, condensateurs) appelée Liste d’objets. Avec un système de filtrage sophistiqué, vous pouvez générer automatiquement une liste d’objets spécifiques avec des noms, des valeurs de composants, des numéros de pièces ou d’autres propriétés.
De plus, les paramètres associés à chaque règle peuvent être modifiés selon des directives technologiques et / ou commerciales.
Lorsqu’on exécute HyperLynx DRC, un rapport d’erreur est généré et vous pouvez sélectionner les erreurs dans la liste des violations pour les visualiser. En outre, les rapports Sharelist (contenant l’image, les détails des violations et les coordonnées) peuvent être générés en HTML pour une révision plus large

Les avantages de cette version sont :

  • Abonnement annuel gratuit
  • Configuration et navigation faciles
  • Prise en charge de tous les formats de mise en page PCB
  • Rapport d’erreur HTML généré automatiquement
  • Huit contrôles de conception intégrés pour SI, EMI / EMC et PI
  • Moteur géométrique avancé pour un contrôle puissant et efficace des règles de conception
  • Les paramètres des règles peuvent être modifiés en fonction de la technologie ou des directives de l’entreprise

Téléchargez maintenant la version gratuite de HyperLynx DRC

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Toutes les caractéristiques techniques du projet de PCB récompensé par le dernier Technology Leadership Award

on 21 décembre 2017

Altice LabsL’entreprise portugaise Altice Labs a remporté le dernier Technology Leadership Award, le prix le plus prestigieux dans le domaine de la conception PCB, Mentor décerné aux meilleurs concepteurs dans l’élaboration de méthodes et d’outils innovants, capables de répondre aux défis impliqués par l’actuelle complexité des PCB et d’aboutir à des produits électroniques de premier plan.

Il s’agit d’une switching matrix card (carte de matrice de commutation) en mesure de transférer 1.6Tbps sur un système muni de 10 slots interconnectés avec des liaisons à 25Gbs, à travers un fond de panier pour différentes technologies : Gigabit ethernet, G-PON, XG-PON, NG-PON2, fiber-to-the-home (FTTH), fiber-to-the-building (FTTB), fiber-to-the-curb (FTTC), fiber-to-the-cell (FTTc), and fiber-to-the-business (FTTb).

Caractéristiques du projet

La carte a des caractéristiques uniques, car il n’existe aucune autre solution au monde qui utilise deux gestionnaires de trafic sur une même carte en si peu d’espace. Pour vous donner une idée, les cartes de démo des producteurs de puces n’utilisent qu’un CI dans le double d’espace de PCB avec le même nombre de couches. On compte plus de 20 blocs d’alimentation différents, qui ont ensuite été divisés en 100 autres. Tout cela demandait à être routé avec les plans et dans des couches spécifiques. Les délais requis pour la réalisation, du schéma au PCB assemblé, étaient de 3 mois.

La carte devait fonctionner et surmonter les tests à la première tentative, malgré les nombreuses contraintes, comme l’utilisation de matériaux à bas coût et donc une perte diélectrique importante, une carte de 28 couches, qui est la consommation maximum autorisée pour les CI 350 W. La RAM DDR4 demande une consommation moindre que celle de la DDR3. Pour plus de détails, veuillez consulter la fiche technique.

Défis de conception

Les vérifications de projet suivantes ont été effectuées : analyse d’intégrité de signal, analyse d’intégrité de puissance, analyse thermique, simulation numérique, test environnemental / EMC, analyse des vibrations.

La simulation des 32 mémoires DDR4 a tenu compte de la longueur des paquets, permettant aux concepteurs d’effectuer des changements rapides dans le routage et d’être sûrs qu’ils auraient fonctionné à la première tentative à des vitesses très élevées.

La carte a besoin de 200A rien que pour l’âme dans 2 BGA, sans compter les autres puces, rendant la conception particulièrement ardue si l’on considère les restrictions en termes d’alimentation de l’ensemble du système. La DDR4 a été préférée à la DDR3 justement en raison de sa moindre consommation énergétique. Toute cette puissance entraîne une chute de tension dans les plans qui demandait à être maîtrisée.

De plus, la carte émettait plus de 300W de chaleur, nécessitant l’insertion d’un ventilateur pour dissiper la chaleur des puces, notamment dans les cas où la température ambiante dépasse les 35°C.

Outils utilisés

Concernant les outils logiciels, l’équipe a fait appel au flot Xpedition, dans le cadre duquel ont également été utilisés : Hyperlynx SI, Flotherm XT, Design Capture, Autocad, Inventor.

L’équipe était composée de : Alfonso F. (Conception schématique) ; Carlos Monica (Topologie) ; Victor Soares (création des composants et gestion) ; Luiz Tavares (simulation mécanique et thermique).

Fiche technique du projet

En renseignant l’adresse email dans le champ ci-contre, vous pourrez télécharger la fiche technique détaillée du projet.

Topologie du PCB

(cliquez ici pour agrandir)

Demandez des informations:

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Analyse de l’Intégrité de Signal et de l’Intégrité de Puissance : ce qui rend la technologie d’HyperLynx imbattable

on 31 mai 2017

Que ceux qui pensent pouvoir se passer de l’analyse de l’intégrité de Signal et de Puissance lèvent la main ! Il faut bien l’admettre : bien que n’étant pas toujours à la portée du concepteur, cette analyse constitue désormais un aspect essentiel de la conception électronique. Pas moyen d’y échapper : les concepteurs numériques doivent sauter le pas, pour être en mesure d’affronter les complexités propres à celles du domaine RF ou micro-ondes. Les concepteurs sont aujourd’hui amenés à s’approprier de nouvelles technologies telles que le COM (channel operating margin), la PAM4 (pulse amplitude modulation con 4 stati) ou le RAM de type HMC (hybrid memory cube). Vous maîtriser ces technologies ? Soyez honnêtes ! Pour permettre aux concepteurs électroniques de relever ces défis, HyperLynx SI/PI intègre dans un environnement unique l’analyse de l’Intégrité de Signal et de Puissance, le 3D-electromagnetic solving et un contrôle rapide DRC. Avec un assortiment aussi complet de technologies dédiées à l’analyse, les concepteurs peuvent concevoir n’importe quel circuit imprimé numérique haute vitesse.

Un environnement intégré unique pour IS, IP, 3D et DRC

Le fait de pouvoir disposer de tous les instruments nécessaires au sein d’une seule et même interface graphique, représente un véritable coup de pouce pour le travail des concepteurs. Les professionnels ou entreprises sont amenés à affronter des projets souvent hétérogènes de par leurs dimensions, leur nombre de couches, leur densité, leur vitesse de signal et autres facteurs. La réaction typique est celle de s’équiper de différents outils, qui, même s’ils proviennent d’un même fabricant, demandent de changer d’application et de travailler dans un environnement différent, lorsqu’il s’agit par exemple de passer de l’Intégrité de Signal à l’Intégrité de Puissance ou au 3D. Avec HyperLynx, l’expérience d’utilisation est radicalement différente. On peut passer d’un type d’analyse à un autre en quelques minutes seulement. Le résultat est une efficacité accrue, car les tâches sont exécutées par des moteurs de simulation et des algorithmes très puissants. On obtient ainsi une modélisation très détaillée des couplages, tandis que les nets “agressifs” peuvent être identifiés plus rapidement même dans les bases de données les plus importantes. Un exemple très parlant des possibilités offertes par ce type d’approche est celui de la technologie SERDES, qui a considérablement augmenté les fréquences utilisées dans le domaine numérique. Pour relever ce défi, HyperLynx est équipé de solveurs électromagnétiques (EM) avancés, qui incluent le 3D pleine onde. La figure suivante illustre les effets de l’augmentation des données et des fréquences dans un canal SERDES réel.

L’image ci-dessous, tirée de l’assistant de WyperLynx pour l’analyse DDRx, donne un autre exemple de la facilité d’utilisation de cet outil prodigieux. L’assistant “interroge” l’utilisateur sur une interface DDRx. Une fois qu’il a reçu les informations, l’assistant lance automatiquement des milliers de simulations, effectue toutes les mesures de timing et d’Intégrité de Signal, enregistre les formes d’onde détaillées et enfin, présente les résultats pass/fail pour l’ensemble de l’interface.

En matière de présentation des résultats, parmi les caractéristiques qui font d’HyperLynx un outil unique, on peut citer le système de reporting, qui simplifie considérablement la documentation de projet. En voici un exemple dans la figure ci-dessous.

Ce que les utilisateurs apprécient le plus avec HyperLynx, c’est sa capacité à identifier de façon proactive les parties d’un projet nécessitant une analyse détaillée, analyse qui est effectuée extrêmement rapidement. Cela est rendu possible par l’intégration du puissant moteur DRC d’HyperLynx directement au sein de l’environnement IS/IP. Bref, force est de constater que l’HyperLynx d’autrefois, qui permettait une « IS facile et rapide » a considérablement évolué au fil des années. HyperLynx offre aujourd’hui une riche palette de prestations haute performance, en mesure de satisfaire toutes les exigences en matière d’Intégrité de Signal, d’Intégrité de Puissance, de SERDES et d’analyse électromagnétique 3D. Pour en savoir plus, nous vous invitons à télécharger le guide de Mentor, riche en exemples à ce sujet.

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An Introduction to HyperLynx SI/PI Technology

Grâce à ce guide de Mentor, vous saurez tout sur les caractéristiques technologiques qui font d’HyperLynx un outil indispensable pour différents types d’analyses, intégrées dans un environnement unique.

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