Tecnología de PCB - Análisis de la integridad de la señal del diseño del Circuito de alta velocidad MCM

Resumen: con el aumento de la densidad del paquete y la frecuencia de trabajo, Este signal integrity problem in MCM circuit Diseño No se puede ignorar. Este artículo toma como ejemplo el circuito detector. First, the Diseño Diseño El diseño del circuito se realiza con el software APD, Luego, combinando el análisis de integridad de la señal, Circuito Diseño Ajuste estructural repetido. Este final Spectra Quest software simulation results show that the improved circuit Diseño Cumplir los requisitos de integridad de la señal y mantener una alta precisión de simulación.

Palabras clave: Módulo multichip; Ubicación y ruta; Integridad de la señal; Reflejo Retraso

Con el desarrollo de la tecnología de circuitos integrados, la velocidad de trabajo de los componentes multichip es cada vez mayor. El procesamiento de señales de alta velocidad se ha convertido en la clave del éxito del diseño de circuitos MCM. Cuando el borde ascendente o descendente de la señal del reloj es muy pequeño, puede causar el efecto de la línea de transmisión, es decir, el problema de la integridad de la señal.

Esto Diseño Tomando como ejemplo el circuito detector, and elaborates on the method of Diseño de MCM Uso de herramientas de análisis de integridad de señales. First, Ampliar la Biblioteca de piezas de embalaje para satisfacer las necesidades de circuitos específicos Diseño Diseño; then use APD (Advanced Package Designer) software to directly call the component packaging symbols to complete the preliminary Diseño Diseño Circuit; Por último, en combinación con la reflexión, Retraso y EMC ajustados repetidamente de los resultados de la simulación de integridad de la señal, Circuito mejorado Diseño Reducir la reflexión de la señal, Retraso relativo de la señal de entrada no superior a 0.2NS, La interferencia electromagnética también se suprime para satisfacer los requisitos de integridad de la señal.

Implementación de software de localización y ruta de MCM

Como se ha descrito anteriormente, la implementación del diseño MCM incluye la generación de esquemas de circuitos, la expansión de la Biblioteca de piezas, la finalización del diseño final y el enrutamiento, y el procesamiento de la salida de archivos de datos. El diseño APD incluye cinco tipos: padstack (*.Pad), encapsulación (*.Psm), mecánica (*.Bsm), formato (*.Osm) y forma (*.Ssm). En el diseño de diseño mcm, todos los diseños deben tener el envoltorio de biblioteca correcto. Las bibliotecas de paquetes incorporadas en el software de diseño MCM generalmente no cumplen con los requisitos de diseño específicos. Las piezas sólo se pueden utilizar directamente para el diseño de la disposición y la salida final del documento de proceso después de que la Biblioteca de piezas se expanda. En primer lugar, la Biblioteca de piezas se desarrolla con el software padstack editor, luego el circuito se encapsula, y el archivo de la tabla de red de conexión eléctrica se exporta al software APD a través del concepto hdl. Finalmente, el diseño del circuito se completa. En todo el diseño, se definieron 16 padstacks y 81 símbolos de encapsulación, 251 llamadas a padstacks y 89 llamadas a unidades funcionales, de las cuales 251 pines de símbolos de encapsulación de componentes y 229 pines de unidades funcionales fueron compartidos.

Tenga en cuenta que en el diseño específico, si orcad se utiliza para el diseño preliminar del Circuito, los archivos generados por orcad deben ser convertidos a los archivos MCM del software APD. Sin embargo, debido a que los archivos MCM convertidos tienen problemas similares a Brd, el archivo de tabla de red se exporta utilizando el software conceptual hdl, y luego la topología de cable de red se extrae para la simulación. Con el fin de reducir el tiempo de simulación, se adopta el método de simulación de submódulos.

Análisis de simulación

Modelo Ibis

Spectra Quest es el mismo que otros programas de análisis de circuitos. Para obtener resultados precisos de la simulación, primero debemos proporcionar un modelo eléctrico preciso para los componentes del circuito. El software Spectra Quest utiliza el modelo Ibis. El modelo Ibis (especificación de información de Buffer de entrada / salida) utiliza tablas I / V y V / T para describir las características de las unidades de E / S y los pines. Es un Buffer de E / s rápido y preciso basado en la curva V / I. Método del modelo. Proporciona un formato de archivo estándar para registrar parámetros como la Impedancia de salida del conductor o receptor, el tiempo de subida / caída y la carga de entrada. Estos parámetros son leídos por Spectra Quest. El modelo IBIS tiene la información necesaria para el análisis de la integridad de la señal y es adecuado para calcular y simular efectos de alta frecuencia, como oscilaciones y conversaciones cruzadas.

Sigxplorer en Spectra Quest acepta el modelo Ibis y lo convierte en un lenguaje de modelado de diseño único, dml, para modelar estructuras complejas de E / S. Además, el gestor de restricciones en el explorador SIG puede administrar los parámetros utilizados en la simulación e incrustarlos en las siguientes restricciones de diseño y enrutamiento.

Análisis de reflexión

La reflexión, es decir, el eco en la línea de transmisión, es causada por la discontinuidad de la impedancia. El desajuste de impedancia entre la fuente de alimentación y la carga causará un reflejo en la línea, y la carga reflejará parte del voltaje de nuevo a la fuente de alimentación. Si la Impedancia de carga es menor que la Impedancia de la fuente, el voltaje reflejado es negativo; De lo contrario, el voltaje reflejado es positivo. Idealmente, la Impedancia de salida, la Impedancia de línea de transmisión y la Impedancia de carga son iguales. En este punto, la Impedancia de la línea de transmisión es continua y no se produce reflexión. La amplitud de la señal de tensión reflejada se determina por el coeficiente de reflexión de la fuente RS y el coeficiente de reflexión de la carga rl.

La clave para resolver la reflexión de la línea de transmisión es el control de impedancia. El emparejamiento de impedancia puede suprimir la reflexión de la línea de transmisión. Hay cuatro métodos de emparejamiento de terminales: terminal paralelo, terminal paralelo equivalente davinam, terminal AC y terminal serie. Aquí, la Impedancia de entrada del circuito detector se controla mediante el método de terminación paralela equivalente de davinam, y luego la topología del circuito se extrae para simular las características de transmisión del circuito antes y después de la terminación de emparejamiento.

Antes de terminar, la forma de onda se distorsiona en el borde ascendente, lo que puede conducir fácilmente a un mal funcionamiento. La terminación del emparejamiento elimina eficazmente la distorsión de la señal, y la monotonía es muy buena. La señal original se tira hacia arriba en el borde ascendente y entra en el cambio de nivel por adelantado, lo que aumenta el tiempo de estado estacionario de la señal, y el borde ascendente de la señal es relativamente estable. Aunque hay un exceso de impulso en la fase de mantenimiento avanzado, no tiene ningún efecto en la confirmación de la señal y la calidad de la señal es ideal. Además, la longitud de la línea de transmisión de señales tiene cierta influencia en la reflexión. La simulación muestra que cuando la línea de transmisión es más larga, se producirá el fenómeno de reflexión predicho. Cuando la línea de transmisión es corta, la forma de onda de simulación es consistente con el resultado del análisis. Por lo tanto, la longitud del cableado debe ser diferente, y el método de Procesamiento debe ser diferente. En general, si la longitud de la traza es inferior a 2 pulgadas, se considera un Circuito LC de parámetros agrupados; Si es mayor de 8 pulgadas, se considera un circuito de línea de transmisión de parámetros distribuidos.

Análisis del retraso

Con el aumento de la frecuencia de funcionamiento del sistema, el retraso de enrutamiento ya no puede ser ignorado cuando el borde ascendente o descendente de la señal es muy empinado. Desempeña un papel importante en el establecimiento y mantenimiento de la señal, incluso puede afectar el tiempo del sistema y causar un mal funcionamiento, por lo que debe tenerse en cuenta. El diseño del Circuito de alta velocidad MCM requiere que la desviación de fase del chip de memoria no sea demasiado grande, por lo que el retardo de enrutamiento del conductor al receptor debe ser aproximadamente igual. La longitud de la línea de señal tiene una gran influencia en la calidad de la transmisión, y puede causar distorsión de la señal en el proceso de transmisión. La calidad de la transmisión de la señal empeora con el aumento de la longitud de la línea. Para las líneas de señal demasiado largas, se debe utilizar el método de emparejamiento de fuentes o terminales para mejorar la calidad de la transmisión. Con la herramienta de simulación de integridad de la señal, puede simular fácilmente el retraso desde el lado del conductor hasta cada chip, y luego ajustar el diseño y el cableado de acuerdo con los resultados de la simulación para satisfacer los requisitos predeterminados.

Cada señal del detector debe mantener el mismo retraso de transmisión en la medida de lo posible, lo que requiere que la longitud del cableado sea lo más consistente posible. Para pequeñas diferencias, el cableado se puede alargar o acortar de acuerdo con los resultados de la simulación. Después de completar el cableado, el software Spectra Quest se utiliza para simular el retraso de transmisión de la señal de entrada. Como se muestra en la tabla 2, el retraso relativo no es superior a 0,2 ns, y los resultados de la simulación son satisfactorios.

Análisis de la interferencia electromagnética

Además, el IME (interferencia electromagnética) es un aspecto importante del diseño de circuitos de alta velocidad.

La interferencia electromagnética incluye la radiación electromagnética excesiva y la sensibilidad a la radiación electromagnética. La alta frecuencia de funcionamiento, el cambio de señal demasiado rápido o la disposición y el cableado irrazonables pueden causar efectos de interferencia electromagnética. Al cambiar la estrategia de cableado, el circuito detector se simula con EMI antes y después de la coincidencia de terminales. El ruido producido por la señal varía de 0 a 2 GHz, con un amplio rango y una intensidad de radiación diferente para cada frecuencia. La intensidad de radiación de algunas frecuencias supera el límite, es decir, la interferencia electromagnética de la señal en esta frecuencia ha superado la capacidad del sistema. El control de impedancia se realiza de acuerdo con el método anterior y la longitud del cableado se minimiza. Se puede ver que las ondas de frecuencia que exceden el límite han caído por debajo de la línea horizontal, y la intensidad de radiación de cada punto de frecuencia ha disminuido, y la intensidad de radiación total ha disminuido. Esto indica que, para la transmisión de la señal, el cambio de la longitud del cableado y la adición de una red de terminales de emparejamiento adecuada no sólo mejoran las características de transmisión de la señal, sino que también reducen la intensidad de la radiación electromagnética y mejoran la calidad de la señal.

Observaciones finales

Cuándo Diseño de circuitos de alta velocidad, En primer lugar, la integridad de la señal y el análisis de simulación del IME de la función del sistema se realizan utilizando el modelo de equipo preciso para determinar Diseño Circuito, A continuación, la simulación se lleva a cabo para mejorar la red de enrutamiento hasta que se obtienen resultados satisfactorios de enrutamiento.. Esto Diseño Principales reflexiones analíticas y analíticas, Problemas de retardo y EMI en el diseño y enrutamiento de MCM en el dominio de tiempo y frecuencia basados en MCM Diseño Diseño Tecnología, Combinado con el ejemplo de encapsulación del detector, Se obtuvieron buenos resultados..