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第 2 章 - Basic Simulation Template

來源 PDF 頁碼： 7-24

目錄

2.1 Simulation flow 介紹

Cadence 已在 Clarity 3D Layout 左側 workflow pane 中整理 simulation flow。後續各節依此順序設定 Layout Setup、Simulation Setup、Clarity 3D Layout Simulation Options、Cut-Stitch Options 與 Simulation。

Figure 2.1.1 Workflow pane

圖 2.1.1：Clarity 3D Layout workflow pane

為方便後續描述，本文件使用下圖中的 UI 區域名稱，例如 Workflow Pane、Top Tool Bar、Right Tool Bar 與 Command Sheet。

Figure 2.1.2 UI definition

圖 2.1.2：Clarity 3D Layout UI 區域定義

2.2 Layout Setup

由於 Allegro PCB viewer / editor 與 Clarity 同屬 Cadence flow，Clarity 3D Layout 可直接匯入 .brd layout file。

  1. 開啟 Clarity 3D Layout。
  2. 選擇 Load Layout File，載入要進行 simulation 的 layout。

Figure 2.2.1 Load Layout File

  1. 快速確認 model geometry 是否正確。
  2. 在執行 Check Stackup 前，先建立本次 simulation 需要的 material、roughness 與 etching 設定。

2.2.1 Material

依序執行：

Check Stackup > 勾選 Enforce Causality > View Material > 選擇 D-Sarkar Model

接著：

  1. 在 * 旁直接輸入新的 material name 建立材料。
  2. 在右側選擇 Dielectric。
  3. 輸入對應的 Freq / DK / DF。

Figure 2.2.2 Enforce Causality

圖 2.2.2：在 stackup 中先啟用 `Enforce Causality`

Figure 2.2.3 Setup material

圖 2.2.3：以 D-Sarkar Model 建立 dielectric material

2.2.2 Roughness

從 top menu 選擇：

Edit > Surface Roughness Library > Add Huray Model

建立 row 後 double-click parameter value，依來源文件設定：

Parameter Source setting
Surface Ratio 4.9
Snowball Radius 0.06 × Rz(um)

來源提供的 Rz reference 如下：

Material Rz (um)
HTE 8
RTF 3.5
RTF2 3
RTF3 2.5
VLP 3
HVLP 2
HVLP2 1.5
HVLP3 1

Figure 2.2.4 Roughness library

圖 2.2.4：Surface Roughness Library 的 Huray Model 設定

2.2.3 Etching

在 Layer Manager-Stackup 中直接輸入 Trapezoidal Angle。來源畫面指出，可在 Clarity 3D Workbench 觀察 model angle，作為 <90、=90、>90 的設定參考。

Figure 2.2.5 Etching angle

圖 2.2.5：`Trapezoidal Angle` 設定

2.2.4 Stackup 資訊更新

完成 material / roughness / etching 後，回到 Check Stackup，將各 layer 資訊修改為 design value。來源提供兩種方法。

方法 A - 直接修改

  1. 開啟 Check Stackup。
  2. 在表格中直接輸入各 layer value。
  3. 按 OK。

方法 B - 使用 CSV 編輯

  1. 在 Check Stackup 選擇 Export。
  2. 以 Microsoft Excel 編輯輸出的 .csv file。
  3. 回到 server / stackup flow，選擇 Import。
  4. 載入修改後的 .csv file。
  5. 按 OK。

2.3 Simulation Setup

本 basic flow 以 Lump port 為主要 port setup。來源文件將 port setup 分為 Automatic 與 Manual 兩種方式。

2.3.1 Automatic port setup

Automatic flow 可依 component 建立 port。

  1. Enable 需要的 net；最後的 port 數量會依 enabled network / net 數量而定。
  2. 選擇 Generate Port(s)。

Figure 2.3.1 Generate Port(s)

  1. 選擇 Coaxial Port。
  2. 選擇 component layer 與 model name。
  3. 依序按 Next > Next（default）> Finish（default）。

Figure 2.3.2 Port Setup Wizard

圖 2.3.2：選擇 component layer 與 model name

完成後可在 Port window 檢查 generated ports。

Figure 2.3.3 Generated ports

圖 2.3.3：Port 產生完成後的清單

2.3.2 Manual port setup

Manual flow 可在 node 與 node 之間建立 port。要選取 node 前，先在 top tool bar 切換為 Select Node。

Select Node toolbar icon

建立 vertical Lump port 的操作如下：

  1. 在 top tool bar 選擇 Add Node。
  2. 點選要新增 node 的位置與 layer。
  3. 選擇 Setup > Port > New。
  4. 在 Port window 選取要設定的 port，該 port 必須保持 highlight。
  5. 對 signal node 按右鍵並選擇 Hook+。
  6. 對 GND node 按右鍵並選擇 Hook-。

若 trace 原本已經有可用 node，可直接使用，不必額外建立新 node。

Figure 2.3.4 Create nodes

圖 2.3.4：建立或使用既有 node

Figure 2.3.5 Create new ports

圖 2.3.5：建立新的 Port

Figure 2.3.6 Hook port

圖 2.3.6：Signal node 與 GND node 的 Hook 設定

2.3.3 Multi-Terminal Circuits

若 signal path 上存在 component，需設定 Multi-Terminal Circuits；若 signal path 沒有 component，可略過此步驟。

Figure 2.3.7 Channel view of E-load

圖 2.3.7：Signal path 上的 E-load / component

要修改 component definition：

  1. 按 Alt+C 開啟右側 Component Manager。
  2. 選擇目標 component 並編輯 model。
  3. 來源示範將 capacitor 改為 resistor，definition 設為 R 1 2 0；其含義為 node 1 到 node 2 為 short circuit。

Figure 2.3.8 Component Manager

圖 2.3.8：Component Manager 與 component model 編輯

完成 component setting 後：

Multi-Terminal Circuits > Multi-Terminal Circuits Setting > 勾選 signal path 上需要處理的 component > OK

Figure 2.3.9 Multi-Terminal Circuits Setting before and after

圖 2.3.9：Multi-Terminal Circuits 設定前後

來源畫面亦比較 Circuit Setting 前後的 Component Manager 狀態。

Figure 2.3.10 Component Manager before and after

圖 2.3.10：Circuit Setting 前後的 Component Manager 狀態

2.4 Clarity 3D Layout Simulation Options

2.4.1 Frequency Settings

在 workflow pane 選擇 Frequency Settings。

Solution frequency

可輸入多個 solution frequency，各 frequency 之間以空白分隔，例如：

1e+8 3e+10 6e+10

來源文件不建議設定多個 solution frequency，理由是 simulation time 會增加，而文件所觀察到的結果差異不明顯。

Frequency sampling

Parameter 說明
Fmin(Hz) Frequency sweep 的 minimum frequency
Fmax(Hz) Frequency sweep 的 maximum frequency
Sampling Mode 可選 Linear、Log、Single Point；default 為 Linear
Step(Hz) Linear sampling mode 的 step size

Figure 2.4.1 Frequency Settings

圖 2.4.1：Frequency Settings

2.4.2 Solver Options

在 workflow pane 選擇 Solver Options。來源文件提供以下 recommended settings：

Parameter Source recommendation Source rationale
Metal type DC_Thickness 與 Auto_Fitting 結果相近，但可縮短 simulation time
Basis function order MIXED FS 可明顯降低 frequency sweep runtime，來源認為結果差異很小
Target delta S 0.02 值越小，accuracy 越高
Min number of converged iterations 2 值越大，accuracy 越高

Figure 2.4.2 Solver Options

圖 2.4.2：Solver Options

2.4.3 Geometry Options

在 workflow pane 選擇 Geometry Options。

Parameter Source recommendation / 說明
Number of points 用於 cylindrical object modeling，建議 6 ~ 8
Outer box buffer size dx+ / dx- / dy+ / dy- 建議設為 0；或勾選 Use conformal outer box
Mesh DMesh、XMesh、LMesh；來源速度排序為 LMesh (unpublished) > XMesh (unstable) > DMesh (default)

來源建議可先嘗試 XMesh；若出現 mesh 相關 error code，再切回 DMesh。

Figure 2.4.3 Geometry Options

圖 2.4.3：Geometry Options

2.5 Cut-Stitch Options

若 simulation area 不大且不複雜，可略過 Cut-Stitch setup。來源文件指出需要 cut 時應參考 Chapter 3。

來源內容缺口： Chapter 3.1 Cut and Stitch 在原 PDF 中只有 section title，沒有提供進一步 procedure。

2.6 Simulation

完成 basic settings 後，先使用 Validation 檢查 setup，再設定 computer resources 並開始 simulation。

  1. Validation：直接點選 Validation，確認沒有 error code。
  2. Set up Computer Resources：來源示範 CPU 數量設定為 8；實際可用 CPU 取決於 license / resource。
  3. Start Simulation：點選 Start Simulation。

Figure 2.6.1 Set up Computer Resources

圖 2.6.1：Set up Computer Resources

Auto Resume、Resume 與 Final Only 的用途請參考 第 4 章 - Computer Resources Options。

2.7 View, Check, Process Result

2.7.1 Load SNP file

可透過 Network Parameter Display 載入 SNP file 檢查結果。若是剛完成的 simulation，result 通常可直接顯示，不一定需要重新 load。

操作路徑：

Network Parameter Display > 在 Network Parameters 按右鍵 > Load > 選擇 SNP file

Figure 2.7.1 Load SNP File

圖 2.7.1：載入 SNP file

2.7.2 Define Differential Pair

需要建立 differential representation 時：

  1. 對 SNP file title 按右鍵。
  2. 選擇 Matrix Operations > Redefine Differential Port...。
  3. 設定 P/N net 與對應 port。
  4. 按 Add Pair。
  5. 按 OK。
  6. 切換至 Differential Channel View。
  7. Double-click 目標 plot，可放大檢視。

Figure 2.7.2 Define differential pair part 1

圖 2.7.2：由 Matrix Operations 進入 differential port 定義

Figure 2.7.3 Define differential pair part 2

圖 2.7.3：設定 P/N net 與 port

Figure 2.7.4 Define differential pair part 3

圖 2.7.4：Differential Channel view

2.7.3 Simulation Results Checking Tools

來源畫面列出幾個常用檢查方式：

  • 調整 X/Y scale。
  • 對 curve 按右鍵修改 line property。
  • Double-click plot title 進行 title 編輯。
  • 在 plot 上按右鍵使用 Marker / measurement 功能。

Figure 2.7.5 Common functions for checking simulation results

圖 2.7.5：Simulation result 常用檢查工具

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