DDR4信号仿完整性仿真

在硬件电路设计中，DDR一直是电路设计中的难点。目前正在进行DDR4的电路设计，将基本的仿真设计过程进行一下记录。

主流的仿真工具都是支持DDR4的仿真的，目前使用的主力工具为Sigrity及Hyperlynx，下面以Sigrity系统软件为例说明一下DDR仿真的基本流程。

一、Sigrity软件基本思路

在2019版本以前，Sigrity软件提供了两种DDR的仿真流程。

• 使用SPEED2000将PCB导入仿真软件，选择想要的仿真网络，并加载对应DDR控制器及DDR颗粒模型，设置参数后直接进仿真。
• 先提取想要仿真PCB的频域模型，在另一个软件里将提取的PCB、DDR及DDR颗粒模型，按照逻辑关系连接，进行时域仿真。

在较新的2022版本上取消了第一种流程，保留并完善了第二种仿真方法，目前在2022版本上最高可以支持到DDR5 / GDDR6。

二、Sigrity DDR仿真流程

在新的Sigrity软件里，提供了新仿真流程软件SystemSI。在SystemSI里搭建拓扑原理图，软件里提供的PCB Layout模块，可以直接调用求解器，来提取PCB对应仿真网络的模型。模型提取完成，将相关模块按照逻辑连接后，在PowerSI里进行时域波形的仿真。以下对流程详细操作进行说明：

1. 打开PowerSI软件，新建仿真拓扑。
   

2. 新建仿真拓扑如下
   

3. 对默认建立的拓扑进行修改
   

4. 通过双击Layout模块加载PCB
   

5. 在Extraction Engine处选择PowerSI，点击Setup Layout按钮，软件会自动调用PowerSI

6. 在PowerSI里进行相应的设置后保存，不要点击开始仿真，关闭PowerSI，回到SystemSI界面点击Extract进行参数提取
   

7. 提取完参数之后，按照对应逻辑进行连线
   

8. 连接完成后，左侧Workflow窗口进行设置仿真 ，如果我们只关注信号质量的话，可以只对Set Analysis Options进行设置。其中设置分三个部分：
   Circuit Simulation : 选择求解器，选择需要仿真的Corner
   Bus Simulation : 选择仿真的总线类型，目前地址线与数据分开仿真，在后续版里会支持同时仿真
   IO Models and Stimulus : 设置仿真条件，激励码型，驱动器类型等
   
   

9. 做完上述设置后点击保存，点击Start Bus Simulation，仿真完成后自动弹出波形查看器。
   

三、常见问题说明

1. 仿真后如何同时得到Die及Package处的波形？
   需要在控制器的IBIS模型处勾选 Package Parasitics，位置如下图：
   

2. 激励码型应该如何设置？
   激励码型在IO Models and Stimulus进行设置，在Simulus Pattern上点右键，弹出如下窗口：
   
   在上述设置中可设置信号使用同样码型还是不同码型，码型类型支持随机码，伪随机码，自定义码型文件。一般常用的是PRBS7。

3. 如何自定义仿真后文件名
   在Circuit Simulation的最后一行Simulation Name里，可以勾选自动命名及自定义命名
   

4. 在查看波形眼图时，如何为波形加载眼图模版
   可以最上面栏的Mask里自定义眼图模版，但此功能设置麻烦。也可以使用自动生成报告功能，在报告设置项里勾选眼图选项，会自动加载眼图模版，并且会自动调整中心点。
   

5. 有时进行DDR的时域仿真时会仿真失败，波形震荡漂移。
   首先，检查设置PCB设计是否正确；其次，查看需要设置的被动器件模型是否设置完成。最后，考虑在PowerSI里提取PCB模型时，是否有加入过大的电容。

四、总结

以上为使用SystemSI进行DDR仿真的一个简要过程，其中还有许多的细节操作许要注意，后其会考虑录制视频效果可能会更好。
掌握仿真工具只是做好信号完整性工作的基础，想要做好DDR信号的设计工作，还需要熟悉DDR相关协议，以及电路PCB等相关知识。在现实中，有多方面的因素会影响到DDR的信号质量，因此，还需要有一定的实验设计及数据分能力，使用最少的仿真组合与时间，寻找到最佳的组合结果。