PCB 기술 - MCM 고속 회로 다이어그램 설계에서의 신호 무결성 분석

요약: 패키지의 밀도가 증가하고 작업 빈도가 높아짐에 따라 MCM 회로 설계의 신호 무결성 문제는 무시할 수 없습니다.본문은 검파기 회로를 예로 들 수 있다.우선 APD 소프트웨어를 이용해 회로의 판도 설계를 구현한 뒤 신호 무결성 분석과 결합해 회로의 판도 구조를 반복적으로 조정한다.Spectra Quest 소프트웨어의 최종 시뮬레이션 결과는 향상된 회로 레이아웃이 높은 시뮬레이션 정밀도를 유지하면서 신호 무결성 요구 사항을 충족한다는 것을 보여줍니다.

키워드: 다중 칩 소자,장소 및 경로신호 무결성;반사지연

집적회로기술의 발전에 따라 다칩부품의 작업속도가 갈수록 높아지고있으며 고속신호에 대한 처리는 이미 MCM회로설계의 성공의 관건으로 되였다.당시 시계 신호의 상승 연도나 하강 연도가 매우 길면 전송선 효과, 즉 신호의 완전성 문제를 일으킬 수 있다.

이 설계는 탐지기 회로를 예로 들어 신호 무결성 분석 도구를 이용하여 MCM 다이어그램 설계를 하는 방법을 논술하였다.먼저, 특정 회로 레이아웃 설계의 요구를 충족시키기 위해 패키지된 부품 라이브러리를 확장합니다.그런 다음 APD(Advanced Package Designer) 소프트웨어를 사용하여 구성 요소 패키징 기호를 직접 호출하여 회로의 초기 레이아웃 설계를 완료합니다.최종적으로 반사, 지연과 전자기 호환성을 결합하여 신호의 완전성 모의 분석 결과에 대한 반복적인 조정을 거쳐 개선된 회로 배치는 신호의 반사를 감소시켰고 입력 신호의 상대적인 지연은 0.2ns를 초과하지 않았으며 전자기 간섭 현상도 억제되어 신호의 완전성 요구를 만족시켰다.

MCM 위치 및 경로에 대한 소프트웨어 구현

위에서 설명한 바와 같이 MCM 레이아웃의 구현에는 회로 원리도 생성, 부품 라이브러리 확장, 최종 레이아웃 및 경로설정 완료 및 데이터 파일 출력 처리가 포함됩니다.APD 레이아웃에는 용접 케이스 스택(*.pad), 패키징 기호(*.psm), 메커니즘 기호(*.bsm), 포맷 기호(*.osm) 및 모양 기호(*.ssm)의 다섯 가지 유형이 포함됩니다. MCM 레이아웃 설계에서 모든 레이아웃은 올바른 라이브러리 패키징을 가져야 합니다.MCM 설계 소프트웨어의 내장 패키지 라이브러리는 특정 설계 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 많습니다.부품 라이브러리를 확장한 후에만 레이아웃 설계 및 최종 프로세스 파일 출력에 부품을 직접 사용할 수 있습니다.먼저 Padstack Editor 소프트웨어를 사용하여 부품 라이브러리를 확장한 다음 회로를 패키지하고 Concept HDL을 통해 전기 연결 네트워크 테이블 파일을 APD 소프트웨어로 내보내 회로 레이아웃을 완료합니다.전체 디자인에서 16개의 Padstack과 81개의 패키지된 기호가 정의되었고, Padstack은 251번, 기능단위는 89번 호출되었으며, 그 중 251개의 구성요소 패키지된 기호 핀과 229개의 기능단위 핀이 공유되었다.

특정 설계에서 초기 회로 설계에 Orcad를 사용하는 경우 Orcad에서 생성된 파일을 APD 소프트웨어의 mcm 파일로 변환해야 합니다.그러나 변환된 mcm 파일에 brd와 유사한 문제가 있으므로 Concept HDL 소프트웨어를 사용하여 네트워크 테이블 파일을 내보내고 네트워크 케이블 토폴로지를 추출하여 시뮬레이션합니다.시뮬레이션 시간을 줄이기 위해 서브모듈 시뮬레이션 방법을 채택하였다.

시뮬레이션 분석

IBIS 모델

Spectra Quest는 다른 회로 분석 소프트웨어와 동일합니다.정확한 시뮬레이션 결과를 얻으려면 먼저 회로 컴포넌트에 정확한 전기 모델을 제공해야 합니다.Spectra Quest 소프트웨어는 IBIS 모델을 사용합니다.IBIS(입출력 버퍼 정보 사양) 모델은 I/V 및 V/T 테이블을 사용하여 I/O 유닛과 핀의 특성을 설명합니다.V/I 커브를 기반으로 하는 빠르고 정확한 I/O 버퍼입니다.모형의 방법.드라이브 또는 수신기 출력 임피던스, 상승 / 하강 시간 및 입력 로드 등의 매개 변수를 기록하는 표준 파일 형식을 제공합니다.이러한 매개 변수는 Spectra Quest에서 읽습니다.IBIS 모델은 신호 무결성 분석에 필요한 정보가 있어 진동과 직렬 교란과 같은 고주파 효과의 계산과 시뮬레이션에 적합하다.

Spectra Quest 내부의 Sigexplorer는 IBIS 모델을 수락한 다음 복잡한 I/O 구조의 모델링을 완료하기 위해 고유한 설계 모델링 언어인 DML로 변환합니다.또한 Sigxplorer의 구속 관리자는 시뮬레이션에 사용되는 매개변수를 관리하고 후속 배치 및 경로설정 구속에 포함할 수 있습니다.

반사 분석

반사, 즉 전송선의 반향은 임피던스의 불연속성에 의해 일어난다.전원 공급 장치와 부하 사이의 임피던스 부조화는 회선의 반사를 초래하고 부하는 일부 전압을 다시 전원에 반사한다.로드 임피던스가 소스 임피던스보다 작으면 반사 전압이 음수입니다.그렇지 않으면 반사 전압이 양수가 됩니다.이상적인 상황은 출력 임피던스, 전송선 임피던스 및 로드 임피던스가 모두 동일하다는 것입니다.이때 전송선의 임피던스는 연속적이며 반사되지 않습니다.반사 전압 신호의 폭은 소스 반사 계수 rS와 로드 반사 계수 rL에 의해 결정됩니다.

전송선의 반사 문제를 해결하는 관건은 임피던스 제어이다.임피던스 일치는 전송선 반사를 억제합니다.네 가지 일치 단접 방식이 있다: 병렬 단접, 데이비드 닝 등 효과 병렬 단접, 교류 단접과 직렬 단접.여기서 Thevenin 동등한 병렬 단자 연결 방법을 사용하여 검출기 회로의 입력 임피던스를 제어한 다음 회로 토폴로지를 추출하고 단자 연결 전후 회로의 전송 특성을 각각 시뮬레이션합니다.

종료하기 전에 파형이 상승가에서 왜곡되어 오작동을 일으키기 쉽다.정합 종료는 신호의 왜곡을 효과적으로 제거하고 단조성이 매우 좋으며 상승 가장자리에서 원시 신호를 당기고 미리 레벨 전환에 들어가 신호의 안정 시간을 증가시키고 신호의 상승 가장자리가 상대적으로 안정적이다.비록 고전력 유지 보수 단계에서 과충이 존재하지만, 신호 확인에 영향을 주지 않으며, 신호 품질이 이상적이다.이 밖에 신호 전송선의 길이는 반사에도 일정한 영향을 미친다.시뮬레이션은 송전선로가 비교적 길면 예측반사현상이 나타난다는것을 발견하였다.송전선로가 비교적 짧을 때 모의파형은 분석결과와 비교적 잘 부합된다.따라서 경로설정 길이에 따라 처리 방법이 달라야 합니다.일반적으로 이력선 길이가 2인치 미만이면 세트 총 매개변수 LC 회로로 간주합니다.8인치 이상이면 분산 매개변수 전송선 회로로 간주됩니다.

지연 분석

시스템 작동 빈도가 증가함에 따라 신호의 상승 또는 하강 가장자리가 매우 가파를 때 경로설정 지연은 더 이상 무시할 수 없습니다.이것은 신호의 구축과 유지보수에서 매우 중요한 역할을 하며 심지어 시스템의 시퀀스에 영향을 주고 오작동을 초래할 수 있으므로 반드시 고려해야 한다.MCM 고속회로 설계는 메모리 칩의 위상 편차가 너무 커서는 안 되기 때문에 구동단에서 수신단까지의 배선 지연은 대체로 같아야 한다.신호선의 길이는 전송 품질에 큰 영향을 미치며 전송 중에 신호가 왜곡될 수 있습니다.신호 전송의 질은 회선의 길이가 증가함에 따라 나빠진다.너무 긴 신호선의 경우 소스 또는 엔드가 일치하는 방법으로 전송 품질을 향상시켜야 합니다.신호 무결성 시뮬레이션 도구를 사용하면 드라이버에서 각 칩으로의 지연을 쉽게 시뮬레이션한 다음 시뮬레이션 결과에 따라 레이아웃과 케이블을 조정하여 예정된 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

탐측기의 모든 신호는 가능한 한 동일한 전송 지연을 유지해야 하며, 따라서 케이블 길이가 가능한 한 일치해야 한다.약간의 차이는 시뮬레이션 결과에 따라 경로설정을 연장하거나 단축할 수 있습니다.연결이 완료되면 Spectra Quest 소프트웨어를 사용하여 입력 신호의 전송 지연을 시뮬레이션합니다.매개변수는 표 2와 같습니다.상대적으로 지연이 0.2ns를 넘지 않아 시뮬레이션 결과가 이상적이라는 것을 알 수 있다.

EMI 분석

이상은 신호의 시역에서의 반사와 지연을 분석하였으며, 또한 EMI (전자 간섭) 도 고속 회로 설계의 중요한 방면이다.

전자기 간섭은 과도한 전자기 복사와 전자기 복사에 대한 민감성을 포함한다.작업 빈도가 너무 높거나, 신호 변화가 너무 빠르거나, 배치와 배선이 불합리하면 전자기 간섭 효과를 초래할 수 있다.케이블 연결 정책을 변경하여 단자 일치 전후에 검출기 회로를 EMI 시뮬레이션합니다.신호에서 발생하는 소음은 0에서 2GHz까지 지속되며 범위가 넓고 주파수마다 복사강도가 다르다.일부 주파수의 방사선 강도는 한계를 초과합니다. 즉, 이 주파수에서 신호의 전자기 간섭은 시스템의 감당 능력을 초과했습니다. 이 정도에서는 방사선 수준을 낮추는 조치를 취해야 합니다.위의 방법에 따라 임피던스를 제어하고 경로설정 길이를 최소화합니다.한계를 초과한 주파수파는 이미 수평선 이하로 떨어졌고 매 주파수점의 복사강도는 모두 낮아졌으며 전반 복사강도는 모두 내려갔음을 알수 있다.이는 신호 전송에 대해 배선 길이를 변경하고 적절한 일치 단자 연결 네트워크를 추가하여 신호의 전송 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 전자기 복사 강도를 낮추고 신호 품질을 향상시켰음을 나타냅니다.

끝말

고속 회로를 설계할 때 먼저 정확한 부품 모델을 사용하여 시스템 기능에 대한 신호 무결성 및 EMI 시뮬레이션 분석을 수행하여 회로의 레이아웃을 결정한 다음 만족스러운 케이블 연결 결과를 얻을 때까지 시뮬레이션을 수행하여 네트워크를 개선합니다.이 설계는 주로 MCM 레이아웃 설계 기술을 기반으로 하며, 탐지기 패키징 인스턴스와 결합하여 시간 도메인과 주파수 도메인에서 MCM 레이아웃과 배선의 반사, 지연 및 EMI 문제를 시뮬레이션하여 분석하여 좋은 효과를 거두었다.