高速系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量管理
發(fā)布時(shí)間:2008/5/27 0:00:00 訪問次數(shù):474
    
    受到平板印刷技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng),ic轉(zhuǎn)換速度繼續(xù)保持不斷提升的勢頭。與此同時(shí),時(shí)鐘速度的逐步加快則使得時(shí)序余量大大減少。
     廣義來說,管理高速效應(yīng)的技術(shù)可以分為三類,有時(shí)我們稱其為“3 t”:
    ● 技術(shù)(technology)--選擇足夠快速的驅(qū)動(dòng)器技術(shù)滿足您的功能需求(但又盡可能慢);
    ● 拓?fù)?topology)--選擇的拓?fù)浼饶軡M足時(shí)序要求,又能最大限度減輕信號(hào)反射的影響;
    ● 匹配(termination)--運(yùn)用無源元件管理信號(hào)反射。
    聽來很容易,對(duì)嗎?問題是,在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),我們將面臨成千上萬種此類選擇,您必須在這些技術(shù)與時(shí)序要求以及電磁兼容(emc)之間求得平衡。
    阻抗失配
    出現(xiàn)阻抗不連續(xù)就可能發(fā)生反射,不連續(xù)包括板卡層疊、線寬變化、bga出線、分支、過孔、負(fù)載、連接器或電源平面間斷。
    反射問題之所以嚴(yán)重,是因?yàn)樗艿綆状笠蛩氐挠绊,其中包括阻抗差異、相?duì)于整條傳輸路徑長度的阻抗不連續(xù)時(shí)的長度以及能容忍的噪聲容限。
    有些反射盡管還沒有那么嚴(yán)重,但無法運(yùn)用“3t”來解決。因此,就采用主動(dòng)預(yù)防方式控制阻抗的流程而言,運(yùn)用hyperlynx stackup planning工具(如圖1所示)開展布線前阻抗規(guī)劃就成了關(guān)鍵和重要的工作。
    第一個(gè)“t”:按照技術(shù)開展篩選
    目前我們可以運(yùn)用很多策略來處理非理想布線。首先是了解哪些網(wǎng)絡(luò)可以允許比較差的布線,哪些網(wǎng)絡(luò)無法做到這一點(diǎn)!凹夹g(shù)篩選”戰(zhàn)略能夠在此時(shí)發(fā)揮較好作用,它可以將網(wǎng)絡(luò)分成以下幾種:
    ● 信號(hào)完整性關(guān)鍵信號(hào)(時(shí)鐘、選通脈沖以及對(duì)信號(hào)需要邊沿要求較高的信號(hào));
    ● 時(shí)序關(guān)鍵信號(hào)(地址、數(shù)據(jù)以及出現(xiàn)非理想信號(hào)邊沿但必須與時(shí)序要求協(xié)調(diào)一致的信號(hào));
    ● 驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換速率快于5ns 的信號(hào)。
    我們有必要快速考察一下快速驅(qū)動(dòng)器邊沿速率的效應(yīng)。圖2所示為各驅(qū)動(dòng)器邊緣在同一 5英寸傳輸線上不斷增加時(shí)所產(chǎn)生的效應(yīng)。10ns 和5ns 驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生了較好的接收器波形。速率較快的2.5ns 和1.0ns 驅(qū)動(dòng)器則產(chǎn)生了發(fā)射,并在黃色和紅色接收器波形上發(fā)生振蕩。
    第二個(gè)“t”:拓?fù)洹⑿盘?hào)完整性和時(shí)序
    如果網(wǎng)絡(luò)相對(duì)其驅(qū)動(dòng)速度而言較短的話,則易于避免信號(hào)完整性問題的出現(xiàn),因?yàn)榉瓷淇梢砸暂^快的速度被吸收掉。從圖2所示最快1.0ns 的波形而言,反射能夠在半英寸的傳輸長度下穩(wěn)定下來。盡管在學(xué)術(shù)上講得通,但一位有經(jīng)驗(yàn)的工程師肯定不會(huì)愿意為很多精心規(guī)劃的高速網(wǎng)絡(luò)規(guī)定一個(gè)長度不超過半英寸的傳輸長度。
    有時(shí)候,拋棄“經(jīng)驗(yàn)做法”的布線可能在實(shí)際上成為解決信號(hào)完整性問題的關(guān)鍵。讓我們考慮一個(gè)個(gè)案,某個(gè)時(shí)鐘具有多個(gè)接收器,每個(gè)接收器都對(duì)skew比較敏感(即時(shí)鐘必須在相同時(shí)間抵達(dá)每個(gè)接收器)。在這一個(gè)案中,菊花鏈布線可能并不理想,因?yàn)樗蛎總(gè)接收器順次傳輸信號(hào),這樣就肯定會(huì)產(chǎn)生skew。
     絕佳方案可能是“星形”方案,即每個(gè)接收器(或接收器的子器件)都擁有自己的布線支線。每個(gè)接收器的放置位置與驅(qū)動(dòng)器之間都保持大約相同的延遲長度,與菊花鏈相比,每個(gè)接收器與其他接收器之間的隔離度更高。
    
    
    我們?cè)趶?qiáng)調(diào)3“t”之間相互關(guān)系和權(quán)衡折衷的同時(shí),也必須指出星形布線安排將會(huì)引出一些新的問題。多條支線將給驅(qū)動(dòng)器集成電路造成低阻抗,要求其能夠輸入輸出較大的動(dòng)態(tài)電流。實(shí)際上如圖3所示,您可能需要為這一拓?fù)浒咐褂靡豁?xiàng)更為強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)器技術(shù),比如xilinx spartan-3 lvcmos33_f_24ma驅(qū)動(dòng)器,而不是lvcmos33_f_8ma。
    
    
    第3個(gè)“t”:匹配
    作為一般性規(guī)則,信號(hào)邊沿速率超過5ns 的任何信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)拈L度超過1英寸均應(yīng)進(jìn)行匹配。盡管降低成本是重要的,但關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的信號(hào)質(zhì)量效益也是關(guān)鍵所在——它影響到該產(chǎn)品是否能好好工作。讓我們針對(duì)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求考察幾種匹配策略。
    
    匹配類型
  &nb
    
    受到平板印刷技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng),ic轉(zhuǎn)換速度繼續(xù)保持不斷提升的勢頭。與此同時(shí),時(shí)鐘速度的逐步加快則使得時(shí)序余量大大減少。
     廣義來說,管理高速效應(yīng)的技術(shù)可以分為三類,有時(shí)我們稱其為“3 t”:
    ● 技術(shù)(technology)--選擇足夠快速的驅(qū)動(dòng)器技術(shù)滿足您的功能需求(但又盡可能慢);
    ● 拓?fù)?topology)--選擇的拓?fù)浼饶軡M足時(shí)序要求,又能最大限度減輕信號(hào)反射的影響;
    ● 匹配(termination)--運(yùn)用無源元件管理信號(hào)反射。
    聽來很容易,對(duì)嗎?問題是,在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),我們將面臨成千上萬種此類選擇,您必須在這些技術(shù)與時(shí)序要求以及電磁兼容(emc)之間求得平衡。
    阻抗失配
    出現(xiàn)阻抗不連續(xù)就可能發(fā)生反射,不連續(xù)包括板卡層疊、線寬變化、bga出線、分支、過孔、負(fù)載、連接器或電源平面間斷。
    反射問題之所以嚴(yán)重,是因?yàn)樗艿綆状笠蛩氐挠绊懀渲邪ㄗ杩共町、相?duì)于整條傳輸路徑長度的阻抗不連續(xù)時(shí)的長度以及能容忍的噪聲容限。
    有些反射盡管還沒有那么嚴(yán)重,但無法運(yùn)用“3t”來解決。因此,就采用主動(dòng)預(yù)防方式控制阻抗的流程而言,運(yùn)用hyperlynx stackup planning工具(如圖1所示)開展布線前阻抗規(guī)劃就成了關(guān)鍵和重要的工作。
    第一個(gè)“t”:按照技術(shù)開展篩選
    目前我們可以運(yùn)用很多策略來處理非理想布線。首先是了解哪些網(wǎng)絡(luò)可以允許比較差的布線,哪些網(wǎng)絡(luò)無法做到這一點(diǎn)!凹夹g(shù)篩選”戰(zhàn)略能夠在此時(shí)發(fā)揮較好作用,它可以將網(wǎng)絡(luò)分成以下幾種:
    ● 信號(hào)完整性關(guān)鍵信號(hào)(時(shí)鐘、選通脈沖以及對(duì)信號(hào)需要邊沿要求較高的信號(hào));
    ● 時(shí)序關(guān)鍵信號(hào)(地址、數(shù)據(jù)以及出現(xiàn)非理想信號(hào)邊沿但必須與時(shí)序要求協(xié)調(diào)一致的信號(hào));
    ● 驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換速率快于5ns 的信號(hào)。
    我們有必要快速考察一下快速驅(qū)動(dòng)器邊沿速率的效應(yīng)。圖2所示為各驅(qū)動(dòng)器邊緣在同一 5英寸傳輸線上不斷增加時(shí)所產(chǎn)生的效應(yīng)。10ns 和5ns 驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生了較好的接收器波形。速率較快的2.5ns 和1.0ns 驅(qū)動(dòng)器則產(chǎn)生了發(fā)射,并在黃色和紅色接收器波形上發(fā)生振蕩。
    第二個(gè)“t”:拓?fù)洹⑿盘?hào)完整性和時(shí)序
    如果網(wǎng)絡(luò)相對(duì)其驅(qū)動(dòng)速度而言較短的話,則易于避免信號(hào)完整性問題的出現(xiàn),因?yàn)榉瓷淇梢砸暂^快的速度被吸收掉。從圖2所示最快1.0ns 的波形而言,反射能夠在半英寸的傳輸長度下穩(wěn)定下來。盡管在學(xué)術(shù)上講得通,但一位有經(jīng)驗(yàn)的工程師肯定不會(huì)愿意為很多精心規(guī)劃的高速網(wǎng)絡(luò)規(guī)定一個(gè)長度不超過半英寸的傳輸長度。
    有時(shí)候,拋棄“經(jīng)驗(yàn)做法”的布線可能在實(shí)際上成為解決信號(hào)完整性問題的關(guān)鍵。讓我們考慮一個(gè)個(gè)案,某個(gè)時(shí)鐘具有多個(gè)接收器,每個(gè)接收器都對(duì)skew比較敏感(即時(shí)鐘必須在相同時(shí)間抵達(dá)每個(gè)接收器)。在這一個(gè)案中,菊花鏈布線可能并不理想,因?yàn)樗蛎總(gè)接收器順次傳輸信號(hào),這樣就肯定會(huì)產(chǎn)生skew。
     絕佳方案可能是“星形”方案,即每個(gè)接收器(或接收器的子器件)都擁有自己的布線支線。每個(gè)接收器的放置位置與驅(qū)動(dòng)器之間都保持大約相同的延遲長度,與菊花鏈相比,每個(gè)接收器與其他接收器之間的隔離度更高。
    
    
    我們?cè)趶?qiáng)調(diào)3“t”之間相互關(guān)系和權(quán)衡折衷的同時(shí),也必須指出星形布線安排將會(huì)引出一些新的問題。多條支線將給驅(qū)動(dòng)器集成電路造成低阻抗,要求其能夠輸入輸出較大的動(dòng)態(tài)電流。實(shí)際上如圖3所示,您可能需要為這一拓?fù)浒咐褂靡豁?xiàng)更為強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)器技術(shù),比如xilinx spartan-3 lvcmos33_f_24ma驅(qū)動(dòng)器,而不是lvcmos33_f_8ma。
    
    
    第3個(gè)“t”:匹配
    作為一般性規(guī)則,信號(hào)邊沿速率超過5ns 的任何信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)拈L度超過1英寸均應(yīng)進(jìn)行匹配。盡管降低成本是重要的,但關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的信號(hào)質(zhì)量效益也是關(guān)鍵所在——它影響到該產(chǎn)品是否能好好工作。讓我們針對(duì)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求考察幾種匹配策略。
    
    匹配類型
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