Teknik PCB - Analisis integriti isyarat bagi rancangan bentangan sirkuit kelajuan tinggi MCM

Abstrakt: Dengan meningkat ketepatan pakej dan meningkat frekuensi operasi, masalah integriti isyarat dalam desain sirkuit MCM tidak boleh diabaikan. Artikel ini mengambil sirkuit pengesan sebagai contoh. Pertama, rancangan bentangan sirkuit diselesaikan dengan menggunakan perisian APD, dan kemudian bergabung dengan analisis integriti isyarat, struktur bentangan sirkuit diubah berulang kali. Hasil simulasi perisian Spectra Quest akhir menunjukkan bahawa bentangan sirkuit yang diperbaiki Melakukan keperluan integriti isyarat semasa mengekalkan ketepatan simulasi tinggi.

Kata kunci: komponen-cip-berbilang; tempat dan laluan; integriti isyarat; refleksi; lambat

Dengan pembangunan teknologi sirkuit terintegrasi, kelajuan kerja komponen-cip berbilang semakin tinggi, dan pemprosesan isyarat kelajuan tinggi telah menjadi kunci untuk kejayaan desain sirkuit MCM. Apabila pinggir naik atau jatuh isyarat jam sangat kecil, ia akan menyebabkan kesan garis penghantaran, iaitu, masalah integriti isyarat.

Rancangan ini mengambil sirkuit pengesan sebagai contoh, dan mengeksploitasi kaedah rancangan MCM menggunakan alat analisis integriti isyarat. Pertama, mengembangkan perpustakaan bahagian pakej untuk memenuhi keperluan rancangan sirkuit tertentu; kemudian gunakan perisian APD (Advanced Package Designer) untuk memanggil secara langsung simbol pakej komponen untuk menyelesaikan rancangan bentangan awal sirkuit; akhirnya menggabungkan refleksi, lambat dan kompatibilitas elektromagnetik Selepas hasil analisis simulasi integriti isyarat diubah berulang kali, bentangan sirkuit yang diperbaiki mengurangkan refleksi isyarat, lambat relatif isyarat input tidak melebihi 0.2ns, dan fenomena gangguan elektromagnetik juga ditahan untuk memenuhi keperluan integriti isyarat.

Pengesahan Perisian bagi Tempat dan Jalan MCM

Seperti yang disebutkan di atas, penyelesaian bentangan MCM termasuk generasi diagram skematik sirkuit, pengembangan perpustakaan bahagian dan bentangan terakhir dan pelengkapan laluan dan pemprosesan output fail data. Bentangan APD mengandungi lima jenis: Padstack (*.pad), Simbol Pakej (*.psm), Simbol Mekanikal (*.bsm), Simbol Format (*.osm) dan Simbol Bentuk (*.ssm). Dalam rancangan bentangan MCM, Semua bentangan mesti mempunyai Pakej Pustaka yang betul. Pustaka pakej terbina perisian desain MCM sering tidak dapat memenuhi keperluan desain khusus. Hanya selepas perpustakaan bahagian dikembangkan, bahagian boleh digunakan secara langsung untuk desain bentangan dan output fail proses akhir. Pertama, guna perisian Penyunting Padstack untuk mengembangkan perpustakaan bahagian, kemudian pakej sirkuit, dan eksport fail rangkaian sambungan elektrik ke perisian APD melalui Concept HDL, dan akhirnya selesaikan bentangan sirkuit. Dalam keseluruhan rancangan, 16 Padstack dan 81 simbol pakej ditakrif, Padstack dipanggil 251 kali dan unit fungsi dipanggil 89 kali, diantara mana 251 pin simbol pakej komponen dan 229 pin unit fungsi dikongsi.

Perlu dicatat bahawa dalam rancangan khusus, jika Orcad digunakan untuk rancangan sirkuit awal, fail yang dijana oleh Orcad mesti diubah ke fail mcm perisian APD. Tetapi kerana fail mcm yang diubah mempunyai masalah yang sama dengan brd, perisian Concept HDL digunakan untuk mengeksport fail senarai jaringan, dan kemudian topologi kabel rangkaian dikekstrak untuk simulasi. Untuk mengurangi masa simulasi, kaedah simulasi sub-modul diterima.

Analisis simulasi

Model IBIS

Spectra Quest sama dengan perisian analisis sirkuit lain. Untuk mendapatkan keputusan simulasi yang tepat, anda mesti pertama-tama menyediakan model elektrik yang tepat untuk komponen sirkuit. Perisian Spectra Quest menggunakan model IBIS. Model IBIS (Spesifikasi Maklumat Buffer Input/Output) menggunakan jadual I/V dan V/T untuk menggambarkan ciri-ciri unit I/O dan pin. I a adalah penimbal I/O yang pantas dan tepat berdasarkan lengkung V/I. Kaedah model. Ia menyediakan format fail piawai untuk rekod parameter seperti pengendalian output pemacu atau penerima, masa naik/jatuh dan muatan input. Parameter ini dibaca oleh Spectra Quest. Model IBIS mempunyai maklumat yang diperlukan untuk analisis integriti isyarat, dan sangat sesuai untuk pengiraan dan simulasi kesan frekuensi tinggi seperti oscilasi dan crosstalk.

Sigxplorer di dalam Spectra Quest menerima model IBIS, dan kemudian mengubahnya menjadi bahasa model desain unik DML untuk menyelesaikan pemodelan struktur I/O kompleks. Selain itu, Pengurus Kebatasan dalam Sigxplorer boleh mengendalikan parameter yang digunakan dalam simulasi dan memasukkannya ke dalam ketetapan seterusnya dan kebatasan laluan.

Analisis refleksi

Refleksi, echo pada garis penghantaran, disebabkan oleh penghentian impedance. Kesesuaian impedance antara sumber dan muatan akan menyebabkan refleksi pada garis, dan muatan akan refleksi sebahagian dari tekanan kembali ke sumber. Jika kekurangan muatan kurang daripada kekurangan sumber, tekanan yang terrefleks adalah negatif; jika tidak, tekanan terrefleks adalah positif. Situasi yang ideal adalah bahawa impedance output, impedance garis transmisi, dan impedance muatan semua sama. Pada masa ini, impedance garis transmisi adalah terus menerus dan tiada refleksi berlaku. Amplitude isyarat tegangan terrefleks ditentukan oleh koeficien refleksi sumber rS dan koeficien refleksi muatan rL.

Kunci untuk memecahkan refleksi garis trasmis adalah kawalan impedance. Perpadanan kemungkinan boleh menekan refleksi garis penghantaran. Terdapat empat kaedah penghentian yang sepadan: penghentian selari, penghentian selari yang sama dengan Thevenin, penghentian AC dan penghentian siri. Di sini, kaedah penghentian selari yang sama dengan Thevenin digunakan untuk mengawal pengendalian input sirkuit pengesan, dan kemudian topologi sirkuit dikekstrak, dan ciri-ciri penghantaran sirkuit sebelum dan selepas penghentian yang sepadan adalah simulasi sesuai.

Sebelum penghentian, bentuk gelombang disesatkan pada pinggir naik, yang mudah disebabkan kesalahan operasi. Penghentian yang sepadan secara efektif menghapuskan kerosakan isyarat, dan monotoniti sangat baik, dan isyarat asal ditarik ke atas pada pinggir naik, dan penggantian aras dimasukkan ke hadapan, yang meningkatkan masa keadaan tetap isyarat, dan pinggir naik isyarat relatif stabil. Walaupun terdapat ketinggalan dalam fase pemeliharaan tahap tinggi, ia tidak mempunyai kesan pada pengesahan isyarat, dan kualiti isyarat adalah ideal. Selain itu, panjang garis penghantaran isyarat juga mempunyai kesan tertentu pada refleksi. Simulasi mendapati bahawa apabila garis transmisi panjang, fenomena refleksi yang dijangka muncul; apabila garis penghantaran pendek, bentuk gelombang simulasi dan hasil analisis adalah dalam perjanjian yang baik. Oleh itu, panjang kawat berbeza, dan kaedah pemprosesannya sepatutnya berbeza. Secara umum, jika panjang jejak kurang dari 2 inci, ia dianggap sebagai sirkuit LC parameter lumped; jika ia lebih besar dari 8 inci, ia dianggap sebagai sirkuit garis transmisi parameter yang disebarkan.

Analisis lambat

Dengan meningkat frekuensi operasi sistem, apabila isyarat naik atau pinggir jatuh sangat tajam, lambat kabel tidak boleh lagi diabaikan. Ia bermain peran penting dalam pembangunan dan menyimpan isyarat, dan mungkin juga mempengaruhi masa sistem dan menyebabkan kesalahan operasi, jadi ia mesti dianggap. Rancangan sirkuit kelajuan tinggi MCM memerlukan penyerangan fasa cip memori tidak boleh terlalu besar, jadi lambat kabel dari hujung pemandu hingga hujung penerima sepatutnya sekitar sama. Panjang garis isyarat mempunyai pengaruh besar pada kualiti pemindahan, dan mungkin menyebabkan isyarat distorsi semasa proses pemindahan. Kualiti penghantaran isyarat semakin teruk semasa panjang garis meningkat. Untuk garis isyarat terlalu panjang, kaedah pemadaman sumber atau terminal patut digunakan untuk meningkatkan kualiti pemindahan. Dengan alat simulasi integriti isyarat, anda boleh mudah simulasi lambat dari hujung pemacu ke setiap cip, dan kemudian menyesuaikan bentangan dan laluan mengikut keputusan simulasi untuk memenuhi keperluan yang ditetapkan sebelumnya.

Setiap isyarat pengesan seharusnya menjaga lambat transmisi yang sama sebanyak yang mungkin, yang memerlukan kabel menjadi sebanyak mungkin dalam panjang. Untuk perbezaan kecil, kawat boleh diperoleh atau dikurangkan mengikut hasil simulasi. Selepas selesai wayar, guna perisian Spectra Quest untuk simulasi lambat penghantaran isyarat input. Parameter khusus dipaparkan dalam Jadual 2. Ia boleh dilihat bahawa lambat relatif tidak melebihi 0.2n, dan hasil simulasi adalah ideal.

Analisis EMI

Analisis atas refleksi isyarat dan lambat dalam domain masa, selain itu, EMI (gangguan elektromagnetik) juga aspek penting bagi rancangan sirkuit kelajuan tinggi.

Pergangguan elektromagnetik termasuk radiasi elektromagnetik yang berlebihan dan sensitiviti kepada radiasi elektromagnetik. Frekuensi operasi terlalu tinggi, perubahan isyarat terlalu cepat, atau bentangan dan kabel tidak masuk akal semua boleh menyebabkan kesan gangguan elektromagnetik. Simulasi EMI dilakukan pada sirkuit pengesan sebelum dan selepas pemadaman terminal dengan mengubah strategi kawat. Bunyi yang dijana oleh isyarat terus dari 0 hingga 2GHz, dengan julat luas, dan intensiti radiasi setiap frekuensi tidak sama. Intensiti radiasi beberapa frekuensi melebihi had, iaitu, gangguan elektromagnetik isyarat pada frekuensi ini telah melebihi kemampuan sistem untuk bertahan. Sehingga ini, tindakan perlu diambil untuk mengurangi aras radiasi. Lakukan kawalan pengendalian menurut kaedah terdahulu dan minimumkan panjang kawalan. Ia boleh dilihat bahawa gelombang frekuensi yang melebihi had telah jatuh di bawah garis mengufuk, dan intensiti radiasi setiap titik frekuensi telah dikurangkan, dan seluruh intensiti radiasi telah dikurangkan. Ini menunjukkan bahawa untuk penghantaran isyarat, mengubah panjang kawat dan menambah rangkaian penghentian yang sesuai tidak hanya meningkatkan ciri-ciri penghantaran isyarat, tetapi juga mengurangkan intensiti radiasi elektromagnetik dan meningkatkan kualiti isyarat.

Perhatian akhir

Apabila merancang sirkuit kelajuan tinggi, pertama-tama guna model peranti yang tepat untuk melakukan analisis integriti isyarat dan simulasi EMI fungsi sistem untuk menentukan bentangan sirkuit, dan kemudian simulasi untuk meningkatkan rangkaian wayar sehingga hasil wayar yang mencukupi. Rancangan ini terutama simulasi dan menganalisis masalah refleksi, lambat dan EMI penempatan dan laluan MCM dalam domain masa dan frekuensi berdasarkan teknologi rancangan MCM, bergabung dengan contoh pakej detektor, dan mencapai keputusan yang baik.