CN104200009A - 一种多层电路结构高密度布线的可视化交互仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层电路结构高密度布线的可视化交互仿真方法，其特点采用Labview软件协同ADS软件对光电集成或RF集成SOC结构进行可视化编程，实时交互地监测多层封装结构的串扰效应，以串扰波形和眼图仿真进行电性能的优化设计具体包括：Labview软件的界面开发、ADS协同仿真和优化设计步骤。本发明与现有技术相比具有实时交互地监测多层封装结构中的串扰效应影响，利用串扰波形和眼图仿真结果进行优化设计，大大减少了多层封装结构中的串扰效应影响，确保高密度布线的电性能，测试所需的硬件设备少，软件仿真的周期短，进一步降低仿真设计成本。

Description

一种多层电路结构高密度布线的可视化交互仿真方法

 

技术领域

本发明涉及电子、电路设计技术领域，尤其是一种多层电路结构高密度布线的可视化交互仿真方法。

背景技术

近些年来，随着集成电路的特征尺寸进入纳米尺度，SOC技术已经崭露头角，进入快速发展的时期，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，与由IC组成的系统相比，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标，微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破，同时也是信息技术发展的必然结果。SOC多层结构的电性能对集成模块性能的影响越来越大，多层封装等结构设计极大影响信号完整性，并可能使得电路在运行时失效，必须对线间串扰、输出噪声等加以实时监测与优化设计。目前，一般都采用ADS、HFSS、Cadence或Protel等软件仿真，结果形式一般为波形、曲线或矢量图等，对于处于研发阶段光电集成或者RF集成SOC结构，还远远不能跟上。

现有技术存在的问题是：只能分散运用不同软件或公式进行仿真，求解不集中，没有便捷的可视化界面进行尺寸与仿真串扰波形的动态人机交互，不能观察到仿真结果随尺寸条件的动态变化，工作量大，效率低。

发明内容  

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种多层电路结构高密度布线的可视化交互仿真方法，运用 Labview软件协同ADS软件进行可视化编程，实时交互地监测多层封装结构中的串扰效应影响，通过串扰波形和眼图仿真结果进行优化设计，利用LabVIEW2009可视化编程对实验室串扰波形采集仪器进行了电脑虚拟，大大减少搭建测试系统所需的硬件设备和软件仿真的周期，进一步降低仿真设计成本。

本发明的目的是这样实现的：一种多层电路结构高密度布线的可视化交互仿真方法，其特点采用Labview软件协同ADS软件对光电集成或RF集成SOC结构进行可视化编程，实时交互地监测多层封装结构的串扰效应，以串扰波形和眼图仿真进行电性能的优化设计，其具体步骤如下： 

（1）、Labview软件的界面开发

     使用labview软件，在程序框图上创建四个代表结构参数的窗口控件和公式控件，将各控件参数和节点设置优化后进入程序运行，得到人机对话的交互界面；所述公式控件的输入节点与窗口控件的输出节点连接；所述窗口控件的输出节点连接显示控件；所述公式控件输出节点并接显示控件和扫描控件；所述扫描控件逐点扫描各寄生电压值后由显示控件得到动态波形。 

（2）、ADS协同仿真

将与结构参数对应的PCB上传输线族的电路模型图，运用差分线性接口元件作眼图接出，并将差分线性元件与电路模型图连接进行ADS协同仿真，得到该结构参数的串扰波形。

（3）、优化设计

利用眼图对上述ADS协同仿真进行串扰波形仿真结果的分析，调整厚度、直径和传输线间距的结构参数，重复上述（2）~（3）步骤进行优化设计的对比验证和总结分析，优化信号完整性，直至电性能达到最佳的尺寸结构；所述优化设计为Labview优化、ADS优化和折中优化设计；所述Labview优化为动态调节交互界面上的结构参数，以获得与结构参数相对应且最平整的串扰波形并进行列表汇总；所述ADS优化为动态调节交互界面上的结构参数，以获得与结构参数相对应的串扰波形，并将实时波形良好的眼图清晰度和串扰平整度进行列表汇总；所述折中优化为动态调节交互界面上的结构参数，以获得与结构参数相对应的性能采用权重公式计算。 

本发明与现有技术相比具有实时交互地监测多层封装结构中的串扰效应影响，利用串扰波形和眼图仿真结果进行优化设计，大大减少了多层封装结构中的串扰效应影响，确保高密度布线的电性能，测试所需的硬件设备少，软件仿真的周期短，进一步降低仿真设计成本。

具体实施方式

本发明采用Labview软件协同ADS软件对光电集成或RF集成SOC结构进行可视化编程，实时交互地监测多层封装结构的串扰效应，以串扰波形和眼图仿真进行电性能的优化设计，其具体步骤如下： 

（1）、Labview软件的界面开发

a、打开NI公司的labview软件，在前面板上添加三个波形显示控件。

b、在程序框图上的输入端添加四个字符输入窗口控件，代表四项尺寸结构参数，供用户随意调节尺寸大小；将这四个窗口控件分别重命名为：thickness, TSV diameter, wire distance, frequency。     c、右键单击创建四个公式控件，双击这四个控件，分别输入它们各自表示的公式，再将四个控件的所有输入节点与前一步创建的字符输入窗口控件的输出节点连接，将它们的输出节点通过拼接信号控件等辅助小单元与波形显示控件相连接。公式控件算法基于的寄生电容作用下的输出串扰与尺寸的关系为：

U=2*3.14fC*(220/50)

其中：(220/50)为电压除特征阻抗；2*3.14fC为容抗，C=1.41εTD1/(D2-D1)； T为厚度thickness； D1为TSV直径TSV diameter；D2 为传输线间距 wire distance。

    d、将各对象输出端连接到调用节点的显示输入端。 e、从几何选板中选择任意VI，将其添加到程序框图上调用节点的左边。

f、公式控件输出给显示控件的同时要连接逐点扫描控件，逐点扫描各尺寸下的寄生电压值后，通过静态--动态的转化控件将其转化为动态数组才能得到动态波形，转化时元件属性选“单一标量“和浮点。

g、对框图法编程进行各项控件参数和节点设置和细节优化后，零错误情况下进行程序运行，最终，在前面板中得出人机对话界面。在程序框图上通过人机对话界面：输出的波形显示可实时随尺寸参数变化而变化。

（2）、ADS协同仿真

a、打开已经画好的一定结构参数对应的PCB上传输线族的电路模型图。

b、选择designguide菜单里的signal integrity application。

c、选择non linear differential TDT, 是一种合适的接口元件（差分线性接口元件）作眼图接出。

d、把差分线性元件放入结构图，并且正确连接好。

e、点击simulate后完成仿真。

f、选观看数据结果按钮，选眼图查看，调试到有效的estimate data rate 。

g、进行串扰波形仿真结果分析。

（3）、优化设计

利用眼图对上述ADS协同仿真进行串扰波形仿真结果的分析，调整厚度T、直径D1和传输线间距D2的结构参数，重复上述（2）~（3）步骤进行优化设计的对比验证和总结分析，优化信号完整性，直至电性能达到最佳的尺寸结构，具体优化设计的具体操作如下进行： 

a、Labview优化设计：动态调节前面板交互界面上的三个尺寸参数，观察波形框中波形的响应变化，获得下述三组串扰波形最平整的结构参数，并进行列表汇总和比较： 

                T     D1     D2

第一组尺寸um：50     40      15

第二组尺寸um：80     20      15

第三组尺寸um：60     40      20

d、ADS优化设计：将上述三组中实时波形良好的尺寸眼图清晰度和串扰平整度的三组结构参数进行列表汇总和比较： 

T     D1     D2     眼图清晰度      串扰平整度

第一组尺寸um：50     40      15       60%            65%

第二组尺寸um：80     20      15       50%            80%

第三组尺寸um：60     40      20       65%            75%

d、折中优化设计：

上述第一组尺寸对应性能权重公式计算：眼图清晰度与串扰平整度权重各占0.5，即等于60%*0.5+65%*0.5= 62.5%；

上述第二组尺寸对应性能权重公式计算：眼图清晰度与串扰平整度权重各占0.5，即等于50%*0.5+80%*0.5= 65%；

上述第三组尺寸对应性能权重公式计算：眼图清晰度与串扰平整度权重各占0.5，即等于65%*0.5+75%*0.5= 70%，最终采用结果最高的一组，即第三组结构尺寸，优化设计完成。

以上实施例只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本发明专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本发明专利的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.一种多层电路结构高密度布线的可视化交互仿真方法，其特征在于采用Labview软件协同ADS软件对光电集成或RF集成SOC结构进行可视化编程，实时交互地监测多层封装结构的串扰效应，以串扰波形和眼图仿真进行电性能的优化设计，其具体步骤如下： 

（1）、Labview软件的界面开发

     使用labview软件，在程序框图上创建四个代表结构参数的窗口控件和公式控件，将各控件参数和节点设置优化后进入程序运行，得到人机对话的交互界面；所述公式控件的输入节点与窗口控件的输出节点连接；所述窗口控件的输出节点连接显示控件；所述公式控件输出节点并接显示控件和扫描控件；所述扫描控件逐点扫描各寄生电压值后由显示控件得到动态波形； 

（2）、ADS协同仿真

将与结构参数对应的PCB上传输线族的电路模型图，运用差分线性接口元件作眼图接出，并将差分线性元件与电路模型图连接进行ADS协同仿真，得到该结构参数的串扰波形；

（3）、优化设计

利用眼图对上述ADS协同仿真进行串扰波形仿真结果的分析，调整厚度、直径和传输线间距的结构参数，重复上述（2）~（3）步骤进行优化设计的对比验证和总结分析，优化信号完整性，直至电性能达到最佳的尺寸结构；所述优化设计为Labview优化、ADS优化和折中优化设计；所述Labview优化为动态调节交互界面上的结构参数，以获得与结构参数相对应且最平整的串扰波形并进行列表汇总；所述ADS优化为动态调节交互界面上的结构参数，以获得与结构参数相对应的串扰波形，并将实时波形良好的眼图清晰度和串扰平整度进行列表汇总；所述折中优化为动态调节交互界面上的结构参数，以获得与结构参数相对应的性能采用权重公式计算。