Trước khi đưa một thiết kế điện tử vào chế tạo thực tế, kỹ sư cần có khả năng đánh giá toàn diện thông qua một mô hình số thống nhất (Digital Twin). Đây là môi trường mô phỏng giúp doanh nghiệp dự đoán hành vi của thiết kế, kiểm tra các yếu tố quan trọng, tối ưu phương án và xác minh độ tin cậy trước khi tạo ra sản phẩm vật lý.

Đặc biệt với các thiết kế PCB hiện đại, nơi tín hiệu tốc độ cao, hệ thống nguồn phức tạp và yêu cầu về hiệu suất ngày càng gia tăng, việc phân tích sớm các vấn đề liên quan đến tín hiệu điện đóng vai trò quan trọng trong việc giảm rủi ro và rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm.

Các kỹ sư cần một giải pháp theo phương pháp Shift-Left, cho phép đưa hoạt động mô phỏng và xác minh lên các giai đoạn đầu của quy trình thiết kế. Nhờ đó, doanh nghiệp có thể chủ động kiểm soát các yếu tố như Signal Integrity (SI), Power Integrity (PI), EMI ngay trong môi trường thiết kế quen thuộc.

1. Thách thức khi phân tích thiết kế PCB

Trong thực tế, quy trình phân tích thiết kế điện tử vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế do các công cụ thường được sử dụng riêng biệt cho từng bài toán. Các giải pháp phân tích Signal Integrity (SI), Power Integrity (PI) và EMI thường hoạt động độc lập, dẫn đến:

• Thời gian mô phỏng kéo dài do phải thực hiện từng loại phân tích riêng lẻ.
• Quy trình làm việc bị gián đoạn khi kỹ sư phải chuyển đổi giữa nhiều công cụ.
• Nguy cơ phát sinh sai sót khi dữ liệu thiết kế được trao đổi thủ công giữa các môi trường khác nhau.
• Khó xây dựng một mô hình Digital Twin thống nhất cho toàn bộ thiết kế.

Để giải quyết những hạn chế này, doanh nghiệp cần một nền tảng có khả năng kết nối các khía cạnh khác nhau trong thiết kế điện tử, từ phân tích sơ đồ nguyên lý, mô phỏng trước layout đến xác minh sau khi hoàn thiện PCB.

2. HyperLynx: Bộ giải pháp mô phỏng và xác minh PCB trong một môi trường thống nhất

HyperLynx của Siemens là bộ giải pháp mô phỏng và xác minh thiết kế điện tử được phát triển nhằm hỗ trợ kỹ sư kiểm soát toàn diện các yếu tố điện trong thiết kế PCB. HyperLynx cung cấp hệ sinh thái các công cụ được tích hợp trong cùng một môi trường, hỗ trợ toàn bộ quy trình từ:

• Khám phá và phân tích thiết kế sơ đồ nguyên lý (schematic analysis),
• Đánh giá trước khi bố trí mạch (pre-layout),
• Xác minh sau khi hoàn thành bố trí mạch (post-layout),
• Phân tích điện từ ở cấp độ hệ thống.

Thông qua khả năng xây dựng Digital Twin cho phần điện của sản phẩm, HyperLynx cho phép mô phỏng chính xác hành vi điện của thiết kế ở cả cấp độ bo mạch và hệ thống.

Giải pháp được thiết kế để đưa các khả năng mô phỏng nâng cao vào quy trình thiết kế PCB hiện có thông qua các luồng làm việc tự động có hướng dẫn (automated guided flows). Nhờ đó, kỹ sư có thể đưa ra quyết định chính xác hơn ngay từ giai đoạn đầu, giảm số lượng nguyên mẫu vật lý cần chế tạo và rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm.

Bên cạnh đó, HyperLynx có khả năng hoạt động với nhiều công cụ thiết kế PCB khác nhau, trở thành giải pháp bổ sung phù hợp cho nhiều quy trình phát triển sản phẩm điện tử hiện nay.

2.1. Signal Integrity (SI) – Toàn vẹn tín hiệu

Với các thiết kế sử dụng giao tiếp tốc độ cao, việc đảm bảo chất lượng tín hiệu là yếu tố quan trọng để duy trì hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

HyperLynx SI hỗ trợ kỹ sư phân tích các giao tiếp như:

• Double Data Rate (DDR),
• các kênh truyền tốc độ cao SerDes,
• các tín hiệu tốc độ cao khác trong hệ thống điện tử.

Giải pháp cho phép thực hiện phân tích Signal Integrity ngay từ giai đoạn đầu của thiết kế thông qua LineSim, đồng thời hỗ trợ xác minh kết quả sau khi hoàn thành bố trí mạch (post-layout) mà không yêu cầu quá trình thiết lập phức tạp.

2.2. Power Integrity (PI) – Toàn vẹn nguồn

Trong các hệ thống điện tử hiện đại, nhiều vấn đề về hiệu suất và độ ổn định bắt nguồn từ hệ thống nguồn thay vì lỗi logic.

HyperLynx PI cung cấp các công cụ phân tích giúp kỹ sư đánh giá và tối ưu mạng phân phối nguồn (Power Distribution Network – PDN), bao gồm:

• DC Drop Analysis – Phân tích sụt áp DC.
• AC Decoupling Analysis – Phân tích hiệu quả của tụ điện khử nhiễu AC.
• PDN Optimization – Tối ưu hóa mạng phân phối nguồn.

Tìm hiểu thêm:

• HyperLynx – Giải pháp mô phỏng Signal Integrity và Power Integrity cho thiết kế PCB tốc độ cao
• Tối ưu thiết kế PCB với Xpedition token: Tích hợp phân tích SI bằng HyperLynx trong môi trường thiết kế

2.3. Schematic Analysis (SA) – Phân tích sơ đồ nguyên lý

HyperLynx SA hỗ trợ tự động hóa quá trình phân tích sơ đồ nguyên lý ở cấp độ bo mạch trong quy trình thiết kế PCB.

Công cụ cho phép kỹ sư kiểm tra toàn diện các mạng tín hiệu (nets) trong sơ đồ nguyên lý thông qua thư viện mô hình phong phú, giúp phát hiện sớm các vấn đề có thể ảnh hưởng đến quá trình thiết kế tiếp theo.

2.4. Electrical Design Rule Check (DRC) – Kiểm tra quy tắc thiết kế điện

Trong quá trình phát triển PCB, việc phát hiện sớm các lỗi liên quan đến quy tắc thiết kế điện giúp doanh nghiệp hạn chế rủi ro khi bước sang giai đoạn sản xuất.

HyperLynx DRC sử dụng công nghệ kiểm tra hình học 3D để phát hiện các lỗi thiết kế phức tạp mà các phương pháp mô phỏng truyền thống có thể khó nhận diện.

Bên cạnh đó, HyperLynx DRC giúp các chuyên gia Signal Integrity có thể phân bổ một phần công việc kiểm tra thiết kế cho các kỹ sư khác trong nhóm mà vẫn đảm bảo tính nhất quán và độ tin cậy của kết quả.

2.5. Analog Mixed-Signal (AMS) – Mô phỏng tương tự và tín hiệu hỗn hợp

Đối với các thiết kế điện tử kết hợp giữa mạch tương tự và mạch số, việc đánh giá chính xác khả năng hoạt động của hệ thống trước khi sản xuất là một bước quan trọng.

HyperLynx AMS hỗ trợ mô phỏng hoạt động của các thiết kế analog và mixed-signal, giúp kỹ sư kiểm tra khả năng đáp ứng của mạch theo các yêu cầu điện đặt ra.

2.6. Advanced Solvers (AS) – Bộ giải mô phỏng nâng cao

Đối với các thiết kế PCB phức tạp, đặc biệt là những hệ thống tốc độ cao yêu cầu độ chính xác lớn, khả năng mô hình hóa điện từ đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân tích.

Advanced Solvers (AS) cung cấp khả năng mô hình hóa 3D phục vụ các bài toán phân tích ở cấp độ hệ thống, hỗ trợ đánh giá chính xác các vấn đề liên quan đến:

• Giao tiếp DDR tốc độ cao
• Kênh truyền SerDes
• Toàn vẹn nguồn AC
• Các cấu trúc PCB phức tạp

HyperLynx AS bao gồm ba loại bộ giải chính:

• Full Wave Solver (FWS) – Bộ giải sóng điện từ toàn phần: Được sử dụng để mô phỏng hành vi điện từ của các cấu trúc 3D có hình học phức tạp ở tần số rất cao. FWS phù hợp với những ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao trong thiết kế tốc độ cao và tần số cao.
• Hybrid Solver – Bộ giải lai: Được phát triển nhằm tối ưu hiệu quả mô phỏng đối với các cấu trúc điện tử nhiều lớp. Công cụ hực hiện phân tích bằng cách chia thiết kế lớn thành các thành phần riêng biệt như đường mạch, mặt phẳng nguồn/mass (planes) hay lỗ xuyên lớp (vias).
• Quasi-Static Solver (Fast 3D Solver) – Bộ giải giả tĩnh: Khả năng xử lý các cấu trúc lớn hơn so với Full Wave Solver, phù hợp với nhiều bài toán mô hình hóa trong thiết kế điện tử. Thường được dùng để xây dựng mô hình package với các tham số ký sinh (parasitics), phân tích tương tác ghép nối giữa các chân linh kiện (pin-to-pin coupling), mô phỏng các ứng dụng analog dưới 1 GHz.

3. Tối ưu thiết kế tự động với 3D Explorer và Design Space Exploration

3.1. 3D Explorer (3DEX) – Khám phá không gian thiết kế 3D

3D Explorer (3DEX) được thiết kế cho các không gian thiết kế có quy mô nhỏ đến trung bình.

Công cụ cho phép mô hình hóa hành vi điện từ (EM) với độ chính xác cao, đồng thời vẫn đảm bảo khả năng sử dụng thuận tiện cho các kỹ sư không chuyên sâu về mô phỏng điện từ.

Thông qua 3DEX, người dùng có thể:

• đánh giá nhanh các phương án thiết kế,
• so sánh các lựa chọn khác nhau,
• tìm ra giải pháp phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.

3.2. Design Space Exploration (DSE) – Tự động tìm kiếm phương án tối ưu

Đối với những thiết kế phức tạp có số lượng phương án rất lớn, việc thử nghiệm thủ công từng cấu hình có thể tiêu tốn nhiều thời gian và nguồn lực.

Design Space Exploration (DSE) sử dụng công nghệ tối ưu hóa từ HEEDS Software kết hợp với thuật toán thông minh SHERPA để tự động khám phá các phương án thiết kế.

Giải pháp có khả năng xử lý những không gian thiết kế với hơn 100.000 hoán vị (permutations), giúp:

• Giảm thời gian thử nghiệm thủ công
• Nhanh chóng xác định phương án tối ưu
• Nâng cao hiệu quả tìm kiếm thiết kế đáp ứng yêu cầu về hiệu suất và độ tin cậy

Với khả năng kết hợp nhiều công cụ phân tích trong cùng một môi trường, HyperLynx giúp doanh nghiệp chuyển đổi quy trình xác minh PCB từ phương pháp thử và sai (trial-and-error) sang phương pháp thiết kế dựa trên mô phỏng (simulation-driven design). 

Mỗi thành phần trong bộ giải pháp HyperLynx đều có khả năng hoạt động độc lập, nhưng giá trị lớn nhất được phát huy khi các công cụ được kết hợp với nhau trong cùng một quy trình.

Với kinh nghiệm triển khai các giải pháp thiết kế và mô phỏng điện tử cho doanh nghiệp, Vietbay là đối tác ủy quyền phân phối chính thức của Siemens tại Việt Nam, hỗ trợ doanh nghiệp lựa chọn và triển khai công nghệ phù hợp với nhu cầu thực tế.

Liên hệ với Vietbay để được tư vấn trực tiếp: