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JEITA EC センター EDA 標準 WG インターコネクト モデルの検証 March 31, 2013 JEITA EC センター EDA 標準 WG JEITA ; Japan Electronics and Information Technology Industries Association 1

1.JEITA ECセンター EDA 標準 WGのロードマップ 2.JEITA ECセンター EDA 標準 WGの短期活動計画 3. インターコネクト モデル測定とシミュレーションの比較 2

1. JEITA EC センター EDA 標準 WG の ロードマップ JEITA ; Japan Electronics and Information Technology Industries Association 3

1.JEITA EC センター EDA 標準 WG のロードマップ JEITA EC センター EDA 標準 WG の目的 EDA Model の標準化と品質向上 ターゲット : デジタルコンシューマーエレクトロニクス Cellular Phone, LCD /PDP TV, Digital Camera/Video, DVD Recorder (Digital, RF, and Analog circuits) 次のターゲットは :Auto Mobile Electronics? ( 電源供給, EMC) EDA ドライバーモデル < IBIS V4.1 の検証 > 4

EMI, SI and PI デジタルコンシューマーをターゲットにした検証 デジタル コンシューマ プロダクトの設計課題と起因 EMI ハイスピードクロック SI DDRx, PCI-ex PI 高密度 & 大規模 SOC SiP, Moduleの多用による高速信号の設計 PCBレベルの設計におけるモデルの品質 SI/PI/EMI 解析ツールの性能 5

解析に使用される EDA モデル ( 提供モデルの品質の向上が Key) PCB FPC Cables Connectors Passive Component (LCR, Filter) RF Modules LSI Model IC Chip IC Package Display device Discreet Semicon Crystal Oscillator 6

解析に使用される EDA モデルを検証実験し その精度を確認する 9 components IC Package ICs RF Modules Passive Components (LCR, Filter) EDA Models For Digital Consumer electronics PCB Crystal Oscillator Connectors Cables FPC (Flexible Printed Circuit Board) 7

JEITA EC センター EDA 標準 WG 参加企業 16 Major Companies Digital Consumer Electronics Supplier EDA (internal/vendor) Panasonic Sony Sharp Canon Toshiba Mitsubishi Fujitsu Cadence Optimal Cybernet Semicon NECEL Toshiba EDA Models For Digital Consumer electronics Connectors JAE Passive Components TDK Murata PCB CMK Cybernet 8

2. JEITA EC センター EDA 標準 WG の 短期活動計画 JEITA ; Japan Electronics and Information Technology Industries Association 9

2.JEITA EC センター EDA 標準 WG 短期活動計画 インターコネクト モデルの比較 ( 測定 vs シミュレーション ) 測定器による伝送路のメジャーメント EDAによるシミュレーション 受動部品/ コネクタはS-para, PCBはToolで抽出 IBIS モデルの検証 各社シミュレータによるシミュレーションの比較 Golden IBISモデルWEBサイトの設立 IBIS スペックの検討 IBIS Committeeとの定期的な情報交換 IBISスペックの提案 10

3. インターコネクト モデルの 測定とシミュレーションの比較 3.1 インターコネクト モデルの実証実験アウトライン 3.2 測定 シミュレーションの実施 3.3 測定とシミュレーションの比較 JEITA ; Japan Electronics and Information Technology Industries Association 11

3.1 インターコネクト モデルの実証 実験アウトライン JEITA ; Japan Electronics and Information Technology Industries Association 12

3.1 インターコネクト モデルの実証実験アウトライン 1. 測定器の用意 シミュレータの用意 I. 評価ボードの作成 II. コネクタ 受動部品の用意 III. シミュレーション用基板レイアウトの作成 2. 測定 シミュレーションの実施 I. Agilent 測定器 II. 各種シミュレータベンダー Tool 3. 測定結果とシミュレーションの比較 I. Eye-Diagram and TD Waveform 4. 測定した S-Para モデル使用のシミュレーション I. Eye-Diagram 13

評価ボード コネクター評価 Fi-X コネクター SMA コネクター SMAR006D00 SMA コネクター スペーサー 14

評価ボード トランスミッション評価ボード 0. 7 layer structure 0.55 1 1 0. 7 0.6 0.9 1.1 TML 0. 7 0.3 TML: Transmission Line 1.24 0.52 SMA コネクター スペーサー 15

評価ボード 受動部品評価ボード 受動部品 SMA コネクター スペーサー 16

評価ボード VIA VIA 評価ボード Layer structure SIGNAL GND GND SIGNAL GND GND GND GND SMA コネクター スペーサー 17

評価ボード 全部品搭載基板評価ボード (TML, 受動部品, VIA, コネクター ) SMA コネクター 受動部品 Fi-X コネクター スペーサー 18

インターコネクト モデルの検証環境 SI モデル (Connector, PCB, Cable) 信号 SerDes DDRx PCI-ex ウェーブフォーム測定ポイント コネクター ターミネータ Signal Generator SMA コネクタ 受動部品 ケーブル FPC JAE (Japan Aviation Electronics Industry) FI-X Series PCB は仕様を作成し CMK 殿にて実際に作成 19

インターコネクト モデルの検証 ( シミュレーション ) ターゲット信号 ; DDRx, PCI-e, etc. EDA モデル ; コネクター受動部品 PCB (Via, 配線 ), (LSIドライバー) シミュレーションTools: 20

SI モデル測定ケース 1: (Connector- Type B; stacked module, PCB, Cable) WB3 Series 測定ポイント コネクター SMA コネクター Signal Generator 21

SI モデル測定ケース 2: (Connector, PCB, Cable, LVDS) 測定ポイント LVDS コネクター LVDS Terminator Signal Generator SMA コネクター ケーブル, FPC 22

シミュレーション モデル 等価回路 シミュレーション TML: トランスミッションライン 測定 23

測定 vs シミュレーション TML は Simulation Tool がレイアウトから抽出 urement Simulation MHz~GHz Model S-para Spice RLGC Ω/H/S/F 24

Via の影響の検証 MHz~GHz MHz~GHz And more 25

3.2 測定 シミュレーションの実施 JEITA ; Japan Electronics and Information Technology Industries Association 26

3.2 測定 シミュレーションの実施 Agilent 社にて測定 測定器 測定機器とシミュレーション Tool Time Domain Reflectmetory (TDR) 86100C +54754A(TDR module) Vector Network Analyzer (VNA) N5230A PNA-L Signal Generator (GS) with Real Time Osillscope (OSC) 81134A, DSO81204B シミュレータ A,B,C,D Company A, B, C, D 27

測定の詳細 -1 Eye ダイアグラムの測定 信号発生器 (GS) とリアルタイム オシロスコープ (OSC) を Eye ダイアグラムのシミュレーションとの比較に使用 GS は Pseudo random bit sequence(pres) 256bit パターンの差動信号を発生 OSC はウェーブフォームの記録に使用 3 種類の DUT が使用された そのうちの一つはフィルタとコネクタのみで構成されている 他は コネクタ Via および PCB にスリットが入っている Signal Generator PRBS 2e8-1 Tr,Tf=96ps Differential Signal 0.45-0.8v Device Under Test (DUT) Oscillscope BW 12GHz 40G sampling/s 28

測定の詳細 -2 TDR による測定 urement of TDR PCB インピーダンスの測定に TDR を使用 TDR にて差動ステップパルスを発生させ 反射波形を観測 さらにウェーブフォームから 特性インピーダンスを求める TDR が接続されていない側のコネクタは開放し DUT のプロパゲーション ディレイを測定 TDR OSC TDR module BW 18GHz Tr 35psec DUT Open End Not Terminated 29

シミュレーション詳細 -1 (EDA models) シミュレーション用のモデルは部品メーカより提供 PCB モデルはシミュレーションツールにて CAD データからそれぞれ抽出 PCB 製造メーカは解析モデルの提供はしない PCB 製造メーカは PCB 仕様を提供する レイヤー構造 ワイヤー幅 ワイヤー間隔 Dielectric constant シミュレーション用のモデルは S- パラメータか 等価回路 30

シミュレーション詳細 -2 各シミュレーションモデルについて Eye- ダイアグラム 部品のシミュレーションモデルは部品メーカから提供 測定による S- パラメータ TDR ウェーブフォーム TDR Waveform PCB の配線のみ Only wire of PCB 各シミュレータが CAD による PCB レイアウトデータより抽出したモデル精度が 正確かどうか確認するため S- パラメータ 各部品のシミュレーション用モデル 提供された各シミュレーションモデルの精度が正確か確認のため 31

シミュレーション詳細 -3 #53 DUT and Simulation model Source 50ohms SMA (S-par) TRL model Filter (equivalent Circuit) Cable and Connector (S-par) urement points 50 ohms SG Source points OSC urement points 32

入力 Eye- ダイアグラムの作成 P-channel N-channel Sim Sim SG と OSC を短いケーブル (20cm) でダイレクトに接続し シミュレーション用の入力信号を作成 SG OSC 33

3.3 測定とシミュレーションの比較 (PCB のインターコネクト モデルは各シミュレーション ツールでレイアウト情報から作成 ) JEITA ; Japan Electronics and Information Technology Industries Association 34

Case #53 Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 実測 Sim ターゲット基板 P-channel #53 35

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 P-channel Sim A #53 36

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 P-channel Sim A Sim B #53 37

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 P-channel Sim A Sim B Sim C 38

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 N-channel 39

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 N-channel Sim A 40

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 N-channel Sim A Sim B 41

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 N-channel Sim A Sim B Sim C 42

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 (TD 波形 ) P-channel Sim A Sim B Sim C 43

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 (TD 波形 ) P-channel Sim A Sim B Sim C #53 44 44

Case #53 測定とシミュレーション結果の比較 (TD 波形 ) P-channel Sim A Sim B Sim C 45

Case #67 Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 46

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A #67 47

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A Sim B #67 48

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A Sim B Sim C #67 49

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 #67 50

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A #67 51

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A Sim B #67 52

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A Sim B Sim C #67 53

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 (TD 波形 ) P-channel Sim A Sim B Sim C 54

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 (TD 波形 ) P-channel Sim A Sim B Sim C #67 55

Case #67 測定とシミュレーション結果の比較 (TD 波形 ) P-channel Sim A Sim B Sim C 56

Case #68 Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 57

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A 58

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A Sim B 59

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A Sim B Sim C 60

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 61

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A 62

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A Sim B 63

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 Sim A Sim B Sim C 64

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 (TD 波形 ) P-channel Sim A Sim B Sim C 65

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 (TD 波形 ) P-channel Sim A Sim B Sim C 66

Case #68 測定とシミュレーション結果の比較 (TD 波形 ) P-channel Sim A Sim B Sim C 67

3.3 測定とシミュレーションの比較 ( 測定により求めたインターコネクト S- パラメータ モデルによるシミュレーション ) JEITA ; Japan Electronics and Information Technology Industries Association 68

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) #32 69

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A #32 70

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B #32 71

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B Sim C #32 72

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) #32 73

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A #32 74

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B #32 75

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B Sim C 76

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) 77

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A 78

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B 79

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B Sim C 80

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) 81

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A 82

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B 83

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B Sim C 84

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) 85

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A 86

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B 87

測定とシミュレーション結果の比較 ( シミュレーションは測定により求めた S-Parameter を使用 ) Sim A Sim B Sim C 88

測定 vs シミュレーション まとめ 測定とシミュレーションは若干異なる波形だが シミュレータは 3 つとも皆だいたい同じ傾向の波形であった シミュレーションに使うモデル要素として 同じように足りない部分がある ( プローブ ケーブルのモデルか?) S- パラメータ ( 測定 ) vs シミュレータによるモデル抽出 シミュレータがレイアウトから抽出したモデルに比べると 測定から求めた S- パラメータ モデルを使用したシミュレーション結果は より測定に近い結果になったが 傾向は変わらない したがって測定に対してシミュレーションはモデルが揃っていない可能性がある テストケースの違い 今回のケースでは Via, Filter の影響はほとんど見られない 今回の実験では 比較的長いケーブルを用いているので ケーブルの特性も合わせてシミュレーションする必要がある 測定とシミュレーションの違いがこれであるならば 対象基板の特性はシミュレーションの方がより近い より詳細な検証が必要であるが 今回のケースでは提供されている EDA モデルとシミュレータにより抽出されたモデルで十分な精度が得られる 89

本実証実験の参加者 NECエレクトロニクス ( 株 ) 渡辺毅 キヤノン ( 株 ) 林靖二 サイバネットシステム ( 株 ) 楠和彦 サイバネットシステム ( 株 ) 小林正仁 シイエムケイ プロダクツ ( 株 ) 島田茂晴 シャープ ( 株 ) 岩木哲男 TDK( 株 ) 若狭淳 ( 株 ) 東芝 近藤泰昌 日本ケイデンス デザイン システムズ社 益子行雄 日本ケイデンス デザイン システムズ社 上野博嗣 日本航空電子工業 ( 株 ) 池田浩昭 ( 株 ) 村田製作所 中島達也 90

END 91