Comment HyperLynx a permis à MicroSys de concevoir des systèmes sur module avec des interfaces DDR4 et SerDes rapides
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Depuis 1975, MicroSys Electronics GmbH conçoit et développe des systèmes et dispositifs embarqués.
Leur gamme de produits va du système sur module jusqu'aux systèmes entièrement intégrés.
Ces systèmes trouvent leur application dans l'automatisation, l'avionique, l'automobile, le médical, le ferroviaire et les transports, la construction et la défense.
Les normes associées telles que l’IEC61508, la DO-160 ou encore l’EN50155 sont traitées en étroite collaboration avec les clients.
Le défi
MicroSys construit des systèmes sur modules (SOM) et des ordinateurs monocartes avec des processeurs et des microcontrôleurs utilisant des interfaces rapides vers des mémoires DDRx ainsi que des signaux différentiels rapides basés sur la technologie SerDes avec des vitesses de l'ordre du Gbps.
Lors d’une nouvelle génération de produits, l’une des nouveautés était la capacité et la vitesse de la DRAM.
Avec une vitesse allant jusqu'à 3200 MTps et une capacité allant jusqu'à 128 GByte, il a fallu veiller ici à ce que cette connexion puisse être utilisée de manière optimale.
Des signaux aussi rapides - rapides en termes de vitesse d'horloge et rapides en termes de taux de transition signal-bord - doivent être transmis sur la carte compacte avec le moins d'interférences possible. En outre, les signaux sont également transmis à la carte de base via des connecteurs à haute densité et à haute vitesse.
La solution
Dès la phase de conception, MicroSys a abordé le sujet de la planification anticipée des interfaces à haute vitesse.
"Le support de M. Hartmann de Cadlog a joué un rôle important. L'orientation vers la recherche d'une solution a été un élément clé du support. Par exemple, l'outil de simulation de DRAM HyperLynx DDRx Wizard a été mis en place en étroite collaboration avec Cadlog", explique MicroSys.
Le première objectif consistait à résumer les contraintes pour le concepteur du layout de manière à ce qu'il soit possible de réaliser le routage dès le début, ainsi la probabilité d'ajustements ultérieurs après un contrôle post-layout était réduite au minimum.
Pendant la phase de pré-planification, MicroSys s'est concentré sur deux choses : les DDR4 à haute vitesse et les interfaces SerDes."En partant de l'hypothèse d'un placement possible et d’un empilement de couches prédéfini, nous avons utilisé HyperLynx LineSim pour effectuer une une simulation pré-layout, ce qui a confirmé la faisabilité aux développeurs Hardware."
Pendant la phase de layout, MicroSys a réalisé une simulation post-layout en utilisant HyperLynx BoardSim pour vérifier les parties déjà routées.
Dans un premier temps, ils se sont concentrés sur les interfaces SerDes et ont vérifié le placement des composants, le routage des paires différentielles, le routage à travers les Via et ont confirmé la nécessité d’un « backdrilling ». L'étape suivante consistait à vérifier l'interface DRAM.
MicroSys a toujours été en mesure de donner un retour au concepteur du PCB sur l'intégrité du signal et sur la conformité par rapport aux règles de conception données.
"Après un layout de l'interface DRAM réussi, nous avons utilisé HyperLynx DDRx wizard pour confirmer la fonctionnalité (intégrité du signal et timing).
Le routage final a été vérifié pour détecter d'éventuels problèmes d'intégrité du signal : Horloge, RGMII, SDHC, connexion au CPLD et plus encore. La possibilité d'utiliser des modèles IBIS et Touchstone/Spice existants pour les tests a été largement utilisée pour éviter les itérations.
Il est finalement apparu clairement que l'utilisation d'HyperLynx permettait de répondre à de nombreuses questions à l'avance, ce qui a également été confirmé par des mesures concrètes et des tests de fonctionnement. On peut également dire que l'impact ne s'est pas seulement fait sentir au niveau du routage, mais aussi, par exemple, dans le choix des matériaux pour le PCB.
Une grande priorité a été accordée à la simulation des signaux. Outre le layout, cela a également eu un impact sur le choix des matériaux et la structure des couches du PCB. HyperLynx, acheté auprès de la société Cadlog, a été utilisé au cours de ce processus.
Les avantages
“La qualité ("l’intégrité du signal") de la transmission du signal peut être vérifiée et optimisée. Une autre valeur ajoutée est que la conception de la Carrier-Board d'un client peut être construite et simulée plus facilement avec le module MicroSys, puisqu'elle est disponible sous forme de modèle numérique."
Les avantages de l'utilisation d'un logiciel tel que HyperLynx peuvent être résumés ainsi :
- Confirmation que les produits Hardware peuvent fonctionner de manière fiable sur une large plage d’opérations, par exemple en fonction de la température
- Le Hardware produit est soumis à des tolérances de fabrication, qui dépendent, par exemple, du contrôle d'impédance des pistes sur le circuit imprimé. HyperLynx aide à valider tout cela.
- La création d'un "jumeau numérique" du produit permet de valider les performances du produit grâce à la simulation, en prenant en compte les tolérances de fabrications et les cas limites de manipulation des composants semi-conducteurs.
De plus, de nombreux fournisseurs de composants CPU ou de mémoire DDR indiquent dans leurs notes d'application qu'il est "recommandé d'exécuter la simulation".
La simulation d’un "Jumeau Numérique" est un moyen idéal afin de mettre sur le marché des produits fonctionnant de manière sûre et fiable dans le contexte des conditions de fonctionnement spécifiées.
Maintenant que des modèles de simulation existent pour les cartes CPU, les clients de MicroSys peuvent simuler les performances du produit final composé du module CPU et de la Carrier Board durant la phase de conception d'un nouveau produit.
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