eCADSTAR and the TDR in Hardware and Simulation

The TDR has been around for a long time. It’s standard equipment for many engineers, including telecommunications and home broadband installers. The TDR analysis in eCADSTAR’s Signal Integrity Advanced creates results similar to a TDR with simulation.

Les réflectomètres temporels matériels

Un jour à Glasgow, il y a bien longtemps, mon collègue Dugald m’a conduit dans un laboratoire annexe rempli d’équipements et d’un enchevêtrement de câbles. Dugald avait construit son propre kit de radio amateur et l’utilisait pour communiquer avec d’autres radioamateurs dans le monde entier. J’étais nouveau et émerveillé par ses compétences.

« Qu’est-ce que ça fait, d’après toi ? » me demande-t-il en me montrant une grosse boîte bleue avec plein de boutons et un écran.

« Oscilloscope ? répondis-je.

Il a secoué la tête et a montré deux longueurs de câble coaxial, reliées par un connecteur en Y, qui pendaient du panneau avant. « Que pensez-vous qu’il se passe ici ?

Un peu comme dans la figure 1

J’ai pensé que les câbles pendants avaient été laissés là lorsque quelque chose avait été débranché, alors je l’ai dit.

Il montre l’écran et un point sur le tracé. « C’est le connecteur.

C’est à ce moment-là que j’ai appris comment les discontinuités provoquent des réflexions et comment, si l’on connaissait la vitesse de déplacement d’une onde le long d’un câble, on pouvait savoir où elles se trouvaient. Vous envoyez une impulsion le long du câble, comme un éclaireur. Elle frappe la discontinuité et une partie de l’impulsion revient pour vous indiquer où elle se trouve. Vous pouvez voir ce qui se passe sur la figure 2. Si l’on connaît la vitesse de propagation de l’impulsion – ce qui est prévisible avec un bon câble coaxial – le temps nécessaire au signal pour atteindre la discontinuité et revenir vers les réflectomètres temporels permet de connaître sa position

Le mois dernier, un opérateur téléphonique est venu chez nous pour installer un nouveau concentrateur à large bande. Notre ligne est toujours en cuivre jusqu’au boîtier où elle passe à la fibre. Lorsqu’il a débranché l’ancien concentrateur, il a testé la ligne à l’aide d’un réflectomètre à domaine temporel portatif. Heureusement qu’il l’a fait, car il a détecté une petite anomalie qui a dû ralentir l’ancienne connexion pendant des années. Quelqu’un avait probablement cabossé le câble avec une bêche de jardin – peut-être était-ce moi. Le TDR a révélé la taille de la discontinuité et sa position.

Analyse TDR dans eCADSTAR

Les discontinuités sur les circuits imprimés peuvent être subtiles, notamment les ruptures dans les plans de référence et les erreurs dans l’espacement entre les pistes. Mais de nombreux éléments modifient les formes d’onde. Comment distinguer les effets de discontinuité des autres ? Comment les localiser avec précision et déterminer leur gravité ?
L’analyse TDR se concentre spécifiquement sur l’interconnexion – en localisant les discontinuités inattendues et en déterminant si elles sont suffisamment importantes pour avoir de l’importance. Les réglages reflètent ceux que vous feriez sur un TDR matériel.
Vous pouvez utiliser les mêmes modèles que la simulation standard ou configurer votre propre signal d’impulsion ou d’étape et vos conditions de test

Exemple d’analyse TDR

La meilleure façon de comprendre l’intérêt de la simulation TDR est de l’utiliser comme le matériel que Dugald m’a montré au laboratoire. Le réflecteur temporel devient notre générateur de signaux, notre impédance de source et notre impédance de charge. Nous nous intéressons maintenant à la qualité de l’interconnexion et à elle seule.

Le signal est un strobe différentiel de voie d’octet DDR4.

Beaucoup de choses peuvent se produire sur la route entre le contrôleur et la SDRAM, et la simulation TDR facilite grandement les vérifications.

Mettons en place une analyse TDR (figure 5). Je sais que ce type de mémoire a des temps de montée rapides. Quoi qu’il en soit, les temps de montée rapides sur un stimulus permettront de détecter des anomalies plus subtiles que les temps de montée lents. Je veux choisir un temps de montée que mon Time Domain Reflector matériel peut gérer si je dois comparer les résultats. J’ai choisi un stimulus simple avec un temps de montée de 50ps.

J’ai choisi de ne pas tenir compte des modèles de simulation, à l’exception des parasites du boîtier, et de connecter les deux extrémités à l’impédance du système. Au cas où vous vous demanderiez d’où je tiens ces impédances de mode commun, différentiel et asymétrique, elles correspondent aux valeurs attendues dans le routage. J’ai créé un scénario dans l’Electrical Editor et j’ai résolu la configuration attendue des pistes (figure 4). Les résultats n’indiquent pas directement une valeur de mode commun, mais vous pouvez l’obtenir en divisant l’impédance en mode pair par deux. J’ai joué un peu avec la précision, mais vous pouvez expérimenter avec les valeurs d’impédance, en particulier lorsqu’il s’agit de modalité. La différence entre les valeurs en mode impair et en mode unique dépend beaucoup du couplage différentiel et de la distance par rapport au plan de référence le plus proche

Les résultats sont présentés de la même manière que dans une simulation standard, avec la même richesse d’options, mais je ne veux parler que des plus évidentes. Le graphique du haut représente la tension et celui du bas l’impédance différentielle. Il y a un gros problème à partir de 2ns. Dans la figure 5, vous pouvez voir que j’ai réglé le délai d’entrée/sortie à 1 ns. Le temps d’aller-retour est de 2ns, et c’est là que le problème commence, ce qui signifie qu’il se passe quelque chose près de l’extrémité du contrôleur dans le routage.

En zoomant, vous pouvez voir que j’ai fait une erreur dans la sortie en éventail du contrôleur, en ajoutant une sortie en éventail supplémentaire d’un côté de la paire (Figure 7). Si je n’avais pas désactivé le retrait automatique des anneaux lors du routage, cela ne se serait pas produit.

Lorsque j’enlève le via et le stub supplémentaires, il y a toujours une discontinuité sur la transition entre le fan-out et le routage par paire, mais elle est beaucoup plus petite (Figure 8).

Un dernier mot sur l’analyse TDR

J’aime l’analyse TDR parce que la configuration est autonome. Vous pouvez l’effectuer sans référence à d’autres modèles et installations, et il est facile de faire le lien avec le matériel. Vous pouvez vérifier l’interconnexion à grande vitesse par elle-même, en éliminant d’autres facteurs qui peuvent rendre plus difficile l’établissement d’un lien de cause à effet. Et si vous utilisez également des réflecteurs de domaine temporel matériels, leurs résultats sont faciles à relier aux résultats de l’analyse TDR d’eCADSTAR.