HFSS：信號(hào)完整性工程師必須掌握的9大招

2016-10-25 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

以上是我近期收到一些網(wǎng)友的詢問(wèn)的幾個(gè)截圖,其實(shí),一直都有網(wǎng)友詢問(wèn)類似的問(wèn)題,特別是在這春暖花開(kāi)的招聘大季節(jié)中,更是經(jīng)常在微信上收到類似的信息。有的網(wǎng)友給他們回復(fù)啦,有時(shí)由于時(shí)間問(wèn)題,有的沒(méi)有回復(fù),在這里把之前的一篇文章重新再發(fā)一遍。

以下是我總結(jié)的9個(gè)主要的方面,當(dāng)然,一家之言,不能全而概之。

1信號(hào)完整性基礎(chǔ)知識(shí)

把它放在第一點(diǎn),就足以說(shuō)明信號(hào)完整性基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。所謂“萬(wàn)丈高樓平地起”,說(shuō)的就是這個(gè)道理,想從事信號(hào)完整性工作就必須對(duì)整個(gè)信號(hào)完整性的理論基礎(chǔ)有一個(gè)很明晰的了解。至少要熟讀幾本信號(hào)完整性方面的書(shū)籍,了解什么是信號(hào)完整性;了解信號(hào)完整性研究的對(duì)象和內(nèi)容是什么;信號(hào)完整性與哪些因素有關(guān)系;信號(hào)完整性會(huì)影響到產(chǎn)品的哪一個(gè)方面;等等。記得看的第一本書(shū)就是Eric的《Signal Integrity-Simplified》即國(guó)內(nèi)現(xiàn)在號(hào)稱的藍(lán)皮書(shū)《信號(hào)完整性分析》,李玉山老師等作者翻譯的,然后接著啃了所謂的墨寶書(shū),由Howard Johnson和Martin合著的《High-Speed digital design-A handbook of Black Magic》,中文版本叫《高速數(shù)字設(shè)計(jì)》,也是出的比較早,電源完整性看了一本《集成電路電源完整性分析與管理》,中間還硬著頭皮還啃一本英文原著《High-Speed Digital System Design—A Handbook of Interconnect Theoryand Design Practices》。當(dāng)然,還有一些大部頭和國(guó)內(nèi)的一些原創(chuàng)書(shū)籍,也都是非常的不錯(cuò),只是沒(méi)有什么看完整。

以上兩本書(shū)是我經(jīng)常推薦給身邊的從事電路設(shè)計(jì)和硬件工程師的,信號(hào)完整性分析比較簡(jiǎn)單,入門比較好,目前有第二版本的,書(shū)名都改啦,叫《信號(hào)完整性與電源完整性分析》把之前缺失的S參數(shù)和電源完整性也加上啦,非常不錯(cuò)?！陡咚贁?shù)字設(shè)計(jì)》稍微難一點(diǎn),但是在下認(rèn)為也是一本必讀的書(shū)籍。

2電路原理

電路原理部分,應(yīng)該是很多工程師在大學(xué)的時(shí)候的必修課。我記得我們當(dāng)時(shí)學(xué)的就有康華光老師的《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的模擬和數(shù)字部分,以及邱關(guān)源老師的《電路》。信號(hào)完整性是屬于硬件設(shè)計(jì)的一個(gè)部分,但是又不僅僅考慮的是硬件電路的設(shè)計(jì),所以說(shuō)電路原理是高速電路信號(hào)完整性中的極其重要的一個(gè)部分。電路原理設(shè)計(jì)包括電路系統(tǒng)、原理框圖和電路的設(shè)計(jì),這是信號(hào)完整性工程師必須具備的基本技能。這也是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)延伸而來(lái)的,如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo),就是電路原理設(shè)計(jì)的目的。

3熟悉各總線協(xié)議

以上圖中的Logo應(yīng)該或多或少的都出現(xiàn)在我們的生活中,那么在作為一個(gè)每天都與這些logo的接口或者總線打交道的工程師,又有多少對(duì)其有一些了解呢?其實(shí),作為一位信號(hào)完整性工程師,總線協(xié)議是每一位工程師必須要了解的內(nèi)容。因?yàn)檫@就是我們工作的指南,不管你做的工作再好,只要不符合總線協(xié)議的要求,都是毫無(wú)意義的,因?yàn)檫@是信號(hào)如何傳輸?shù)囊罁?jù),也是判斷信號(hào)是否滿足設(shè)計(jì)要求的根本。所以說(shuō),不懂協(xié)議的信號(hào)完整性工程師,不是一位好“廚師”。

4熟悉PCB layout設(shè)計(jì)

在高速電路迅速發(fā)展的現(xiàn)階段,原理方案設(shè)計(jì)已經(jīng)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在的消費(fèi)類產(chǎn)品,如手機(jī),就是那么幾家的解決方案,CPU確定,那么其方案、外圍電路已然確定,但是不同的公司設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品外觀和質(zhì)量都是不同的,即使是同一家公司設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品也是不同的,外觀是有ID和ME所確定,性能的不一樣就是PCB設(shè)計(jì)的不一樣。一個(gè)產(chǎn)品的PCB設(shè)計(jì)不僅僅要連通各個(gè)模塊,還需要使性能最優(yōu)、滿足各兼容性測(cè)試、符合生產(chǎn)工藝等等。

5熟悉PCB材料

PCB是產(chǎn)品中最大的一顆元器件,那么制造這個(gè)元器件的原料就變得越來(lái)越重要,特別是對(duì)于高速電路來(lái)講。信號(hào)完整性是否滿足設(shè)計(jì)要求,一部分原因就是由PCB材料決定的。目前,PCB材料有成千上萬(wàn)種,從中選擇符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的材料,是越來(lái)越多信號(hào)完整性工程師需要完成的一項(xiàng)工作。

6熟悉評(píng)估各種高速互連器件

信號(hào)完整性是一個(gè)比較寬泛的概念,這個(gè)概念最主要還是體現(xiàn)在整個(gè)電路和方案的設(shè)計(jì)上。那么電路鏈路中的高速互連器件就是信號(hào)完整性的重要組成部分。了解和熟悉高速互連器件,如發(fā)送端芯片、接收端芯片、連接器、線纜等等。不僅僅要考慮其性能,更需要考慮成本、工藝參數(shù)要求、封裝、供應(yīng)商質(zhì)量等等。

7熟悉至少一種仿真軟件

信號(hào)完整性的工作之一就是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率,縮短產(chǎn)品研發(fā)的周期,迅速使產(chǎn)品推向市場(chǎng)。那么在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期就需要對(duì)產(chǎn)品中的關(guān)鍵的信號(hào)進(jìn)行仿真,使研發(fā)人員盡可能的了解到產(chǎn)品存在什么樣的風(fēng)險(xiǎn),并使風(fēng)險(xiǎn)降到最低。不管是Hspice,還是Ansys designer/HFSS/SIwave/,或者是Hyperlynx、Sigrity,對(duì)于信號(hào)完整性工程師來(lái)講至少要熟悉一種仿真軟件。這樣才能增加你設(shè)計(jì)的信心。

8熟悉測(cè)試測(cè)量

對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)講,測(cè)試和測(cè)量是產(chǎn)品研發(fā)階段必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。信號(hào)完整性工程師必須要熟練使用各種測(cè)試測(cè)量設(shè)備,基本的設(shè)備就是實(shí)時(shí)示波器、采樣示波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、阻抗測(cè)速儀、信號(hào)源、穩(wěn)壓源、數(shù)字萬(wàn)用表等,高階一點(diǎn)的就是誤碼分析儀、協(xié)議分析儀、頻譜分析儀、探針臺(tái)、溫箱等等。如果不會(huì)使用設(shè)備,就很難找到產(chǎn)品的問(wèn)題點(diǎn)在哪里,那就無(wú)從說(shuō)起設(shè)計(jì)一個(gè)好的產(chǎn)品。當(dāng)然,還有一些最基本的,比如烙鐵、熱風(fēng)槍的使用。

9分析和解決問(wèn)題的能力

不管是仿真還是測(cè)試,對(duì)于一個(gè)優(yōu)秀的信號(hào)完整性工程師來(lái)講,分析和解決問(wèn)題才是最重要的。對(duì)于現(xiàn)在很多工程師來(lái)講,得到一個(gè)測(cè)試或者是仿真的波形曲線很簡(jiǎn)單,復(fù)雜的是要能理解波形曲線表示的意義和代表的問(wèn)題,并最終能解決其。比如,在測(cè)試的時(shí)候存在一個(gè)非單調(diào),那么首先要知道這是一個(gè)非單調(diào),然后再分析其是因?yàn)闇y(cè)試設(shè)備沒(méi)有校準(zhǔn),引起的,還是由于人為的因素引起的,亦或是測(cè)試點(diǎn)的選擇不正確,亦或是芯片本身存在的問(wèn)題,亦或是傳輸線阻抗匹配的問(wèn)題等等,找到問(wèn)題之后才能對(duì)癥下藥。