PCB技術 - MCM高速回路レイアウト設計の信号完全性解析

要約：実装密度の増加と動作周波数の増加, the signal integrity problem in MCM circuit デザイン 無視できない. この記事は、検出器回路を例として取る. ファースト, the レイアウト デザイン APDソフトウェアを使用して回路の実現, そして、信号完全性分析, 回路 レイアウト 構造を繰り返し調整する. The final Spectra Quest software simulation results show that the improved circuit レイアウト 高いシミュレーション精度を維持しながら、信号の整合性要件を満たす.

マルチチップ部品場所とルート；シグナル完全性リフレクション遅延

集積回路技術の発達に伴い，マルチチップ部品の高速化が進み，高速信号処理がmcm回路設計の成功の鍵となっている。クロック信号の立ち上がりまたは立ち下がりエッジが非常に小さいとき、それは伝送線効果、すなわち信号完全性問題を引き起こす。

この デザイン 検出器回路を例として取る, and elaborates on the method of レイアウトデザイン 信号完全性解析ツールの使用. ファースト, 特定の回路のニーズを満たすために、パッケージ化された部品ライブラリを広げてください レイアウト デザイン; then use APD (Advanced Package Designer) software to directly call the component packaging symbols to complete the preliminary レイアウト デザイン 回路の最後に反射を組み合わせる, 信号完全性シミュレーション解析結果の遅延と電磁両立性を繰り返し調整する, 改良回路 レイアウト 信号の反射を減らす, 入力信号の相対遅延は0を超えない.2 ns, また、信号の完全性要件を満たすために、電磁干渉現象も抑制される.

MCMの場所とルートのソフトウェア実現

以上のように、MCMレイアウトの実現には、回路図ダイアグラムの生成、部品ライブラリの拡張、最終的なレイアウト、ルーティングの完了、処理データファイルの出力が含まれる。APDレイアウトは、5つのタイプを含みます：PADStack (*. pad )、パッケージシンボル（*. psm）、機械シンボル（*. bsm）、フォーマットシンボル（*. osm）と形シンボル（*. ssm）。MCMレイアウト設計では、すべてのレイアウトには正しいライブラリパッキングが必要です。MCMデザインソフトウェアの組み込みパッケージライブラリは、特定の設計要件を満たすことができません。部品ライブラリが拡張された後に、部品は直接レイアウト設計と最終的なプロセスファイル出力のために使われることができます。まず、Padstackエディタソフトウェアを使用して、部分ライブラリを展開し、回路をパッケージ化し、概念HDLを介してAPDソフトウェアに電気接続のネットリストファイルをエクスポートし、最終的には、回路レイアウトを完了します。全体の設計において、16のパストスタックおよび81のパッケージシンボルが定義されると、pstackは251回と呼ばれて、機能単位は89回と呼ばれています、その中で、251のコンポーネント・パッケージ・シンボルピンおよび229の機能単位ピンは共有されます。

特定の設計において、orCADが予備回路設計のために使われる場合、orCADにより生成されるファイルはAPDソフトウェアのMCMファイルに変換されなければならない点に留意する必要がある。しかし、変換されたMCMファイルはBRDに類似した問題を持っているので、概念HDLソフトウェアはネットリストファイルをエクスポートするのに用いられます。シミュレーション時間を短縮するため，サブモジュールシミュレーション法を採用した。

シミュレーション解析

アイビスモデル

スペクトルクエストは他の回路解析ソフトウェアと同じです。正確なシミュレーション結果を得るためには、まず回路部品の正確な電気モデルを提供しなければならない。スペクトル探索ソフトウェアはIBISモデルを使用するIBIS（入出力バッファ情報仕様）モデルはI／OとV／Tテーブルを用いてI／Oユニットとピンの特性を記述する。v／i曲線に基づく高速かつ正確なi／oバッファである。モデルの方法。これは、ドライバや受信機の出力インピーダンス、上昇/立ち下がり時間と入力負荷などのパラメータを記録するための標準的なファイル形式を提供します。これらのパラメータはスペクトル探索で読まれる。ibisモデルは信号完全性解析に必要な情報を有し，発振やクロストークなどの高周波効果の計算とシミュレーションに非常に適している。

スペクトル探索の内部のSigxplorerはIBISモデルを受け入れて、それを複雑なI / O構造のモデリングを完成するためにユニークなデザインモデリング言語DMLに変えます。さらに、Sigxplorerの制約マネージャは、シミュレーションで使用されるパラメータを管理し、その後の配置とルーティングの制約でそれらを埋め込むことができます。

反射解析

この反射は、インピーダンスの不連続に起因する。ソースと負荷との間のインピーダンス不整合はライン上の反射を引き起こし、負荷は電圧の一部をソースに反映する。負荷インピーダンスがソースインピーダンスより小さい場合、反射電圧は負であるさもなければ、反射電圧は正である。理想的な状況は、出力インピーダンス、伝送線路インピーダンス、および負荷インピーダンスが全て等しいことである。このとき、伝送線路のインピーダンスは連続的であり、反射は生じない。反射電圧信号の振幅は、ソース反射係数RSと負荷反射係数RLによって決まる。

送電線反射を解く鍵はインピーダンス制御である。インピーダンス整合は伝送線路反射を抑制できる。つのマッチング終了メソッド：並列終了、thevenin等価並列終了、ACの終了とシリーズの終了です。ここでは，検出器回路の入力インピーダンスを制御するためにthevenin等価並列終端法を用い，回路トポロジーを抽出し，マッチング終了前後の回路の伝送特性をシミュレーションした。

終了する前に、波形は立ち上がりエッジで歪んでいます。そして、それは誤動作を引き起こすのが簡単です。マッチング終端は、信号の歪みを効果的に除去し、単調性は非常に良く、立ち上がりエッジで元の信号をプルアップし、予めレベル切り換えを行って信号の定常時間を増加させ、信号の立ち上がりエッジは比較的安定している。高レベルのメンテナンスフェーズでオーバーシュートがありますが、信号確認には影響しません、そして、信号品質は理想的です。また、信号伝送線路の長さも反射に影響を与える。シミュレーションにより，伝送線路が長いとき，予測された反射現象が現れた伝送線路が短い場合，シミュレーション波形と解析結果は良く一致した。このため、配線長が異なり、処理方法が異なる。一般に、トレース長が2インチ未満である場合、それは集中定数LC回路として扱われる8インチより大きい場合は、分布定数伝送線路回路として扱う。

遅延解析

システムの動作周波数の増加に伴い、信号立ち上がりまたは立ち下がりエッジが非常に急峻である場合、配線遅延は無視できなくなる。これは、信号の確立と維持に重要な役割を果たし、システムのタイミングに影響を与える可能性があります誤動作を引き起こすので、それを考慮する必要があります。MCMの高速回路設計は、メモリチップの位相ずれが大きすぎることがないので、駆動端から受信端までの配線遅延はほぼ等しくなければならない。信号線の長さは伝送品質に大きな影響を与え、伝送中に信号を歪ませることがある。信号伝送品質は回線長が長くなるほど悪くなる。長すぎる信号線については、伝送品質を改善するために、ソース又は端子整合方法を使用する。信号完全性シミュレーションツールを使用すると、簡単に各チップにドライブエンドからの遅延をシミュレートすることができますし、レイアウトを調整し、シミュレーション結果に応じてルーティングを所定の要件を満たすために。

検出器の各信号は可能な限り同じ伝送遅延を維持しなければならない。そして、それは配線ができるだけ長く一貫していることを必要とする。わずかな違いに対しては、シミュレーション結果に従って配線を延長したり短くすることができる。配線を完了した後、スペクトル探索ソフトウェアを使用して、入力信号の伝送遅延をシミュレートします。具体的なパラメータを表2に示す。相対遅延は0 . 2 nsを超えず，シミュレーション結果は理想的である。

EMI解析

また、時間領域での信号の反射と遅延の解析、EMI（電磁干渉）も高速回路設計の重要な側面である。

電磁干渉は、過度の電磁放射および電磁放射に対する感度を含む。あまりに高い動作周波数、あまりに速い信号変化または不合理なレイアウトおよび配線は、全て電磁干渉効果を引き起こすことがありえる。配線戦略を変えることにより，端子整合前後の検出回路にemiシミュレーションを行った。信号によって発生するノイズは0から2 GHzまで広範囲であり、各周波数の放射強度は同じではない。いくつかの周波数の放射強度は限界を超えている。すなわち、この周波数での信号の電磁干渉は、この程度に耐えるシステムの能力を超えており、放射線レベルを減少させるために対策を講じるべきである。以上の方法によりインピーダンス制御を行い、配線長を最小にする。限界を超える周波数波が水平線より下に落ち、各周波数点の放射強度が低下し、放射強度全体が低下していることがわかる。これは、信号伝送のために、配線長を変更し、適切な整合終端ネットワークを追加することによって、信号の伝送特性を改善するだけでなく、電磁放射強度を低下させ、信号の品質を改善することを示す。

まとめ

時 高速回路の設計, 最初の使用を正確にデバイスモデルの信号の整合性とシステム機能のEMIシミュレーション解析を実行する レイアウト 回路の, そして、良好な配線結果が得られるまで配線網を改善するためにシミュレートする. この デザイン 主に反射をシミュレートし解析する, MCMに基づく時間領域および周波数領域におけるMCM配置と経路選定の遅延とEMI問題 レイアウト デザイン テクノロジー, 検出器パッケージ例と組み合わせる, 良い結果を得た.