Технология PCB - Используйте Serial RapidIO Exchange для обеспечения целостности сигнала при проектировании высокоскоростных печатных плат

эта проблема целостности знака (SI) становится все более серьезной проблемой для проектировщиков цифрового аппаратного обеспечения. По мере того, как беспроводные базовые станции, контроллеры беспроводной сети, инфраструктура проводной сети, военная авиационная электронная система увеличивала ширину полосы пропускания, проектирование цепи становилось все более сложным.

В настоящее время высокоскоростная последовательная связь между чипами широко используется для передачи общей пропускной способности. Процессор, ПЛИС и процессор цифровых сигналов могут передавать друг другу большие объемы данных. Кроме того, данные могут быть отправлены с цепидоска и переданы через объединительную плату на плату коммутатора, а плата коммутатора может отправлять данные на другие карты в шасси или в другое место в «системе». Обмен, который поддерживает RapidIO, может реализовать взаимосвязь между этими различными компонентами и широко используется для удовлетворения требований к пропускной способности в реальном времени для этих приложений.

В этой статье в основном обсуждаются проблемы целостности сигнала, связанные с проектированием высокоскоростного интерфейса (основная функция коммутации RapidIO поддерживает проектирование этих высокоскоростных интерфейсов) и другие связанные с этим вопросы. Оптимизация функции переключения RapidIO заключается в достижении более высокой целостности сигнала в высокоскоростных проектах.

Высокоскоростной интерфейс проектирует задачи

Качество сигнала очень важно для всех аспектов системы. Для последовательного RapidIO качество сигнала определяется размером полученной глазковой диаграммы. Приемная глазковая диаграмма представляет собой бесконечно непрерывную траекторию, форма которой будет повторяться с разной траекторией. Чем больше открывается глазная карта, тем лучше качество сигнала.

на качество сигналов может влиять целый ряд факторов: шум или другие разнородные сигналы в канале сигнала, плохая проводка канала сигнала, проводимость или появление внешних источников и шумов, вызываемых самой системой. сочетание всех вышеперечисленных факторов воздействия к сужению приема глазной карты. Помимо проблем класса пластинки, на составную часть сигнала может влиять источник связи (передающий конец), так и место назначения (приемный конец). Поэтому при наличии четких сигналов на все присутствующие системы необходимо учитывать характеристики источника и цели IC.

Рекомендации по проектированию на уровне доски

К переменным факторам, которые принимаются во внимание при проектировании платы, относятся:

1. вход питания в схемную панель, выход и доход регулятора

2. Генерация и распределение часов

отцепка

4. Основные материалы печатных плат

5. Соединение чип-чип

6. соединение между платой и подвесной пластиной

7. Укладка печатной платы и контроль импеданса

8. Межстоечные разъемы, кабели и разъемы

When the operating frequency is higher than 300MHz, большинство проектировать best practices that apply to lower frequency цепьboard проектироватьs need to be modified. Факторы, возникающие при приравнивании длины волны к длине волны цепьboard must be considered. This applies not only to the wavelength of the fundamental frequency, but also to the Fourier (frequency domain) components that make up the complete waveform.

FR4 material can still be successfully used as a basic material for цепьправление, but at higher frequencies, необходимо учитывать не только диэлектрическая константа материала, but also the loss factor. The проектировать of the vias has also become very important, because the impedance of the unused tube length (which has a negligible effect at lower frequencies) will not match the impedance of the thicker цепьплата и затяжка. лучше всего закончить пост -проектировать simulation to draw attention to wiring with less than ideal signal integrity and to point out crosstalk areas.

Конкретные проблемы целостности сигнала на платы возникают из - за присутствия высокоскоростной процессорной шины и интерфейса высокоскоростной памяти, шума часов и часов, а также из - за источников шумов на различных схемах, как правило, включают: однополюсную параллельную шину, распределение мощности, согласование сопротивлений, отскок заземления, последовательные помехи и часы.

Serial RapidIO Switch

Serial RapidIO interconnect can be used to deal with some of the signal integrity problems discussed above. RapidIO is a mature and open standard for interconnection between chips, цепьboards, and chassis. It is проектироватьed by leading manufacturers in the field of embedded computing to meet the needs of equipment in the wireless infrastructure, network, storage, научный, military, промышленный рынок. Reliability, эффективность с точки зрения затрат, performance and scalability requirements.

RapidIO - Протокол межсоединения обмена пакетами данных между точками проектироватьпроектирование для удовлетворения текущих и будущих потребностей встроенных приложений. The RapidIO physical layer 1x/4x серийный режим может удовлетворить требования физической среды оборудования, использующего последовательное электронное соединение. This specification defines a full-duplex serial physical layer interface (link) between devices that use unidirectional differential signaling. In addition, приложение, требующее более высокой мощности связи, it also allows four serial links to be combined. Он также определяет Управление каналами и протокол передачи пакетов данных через каналы.

структура системы RapidIO состоит из узлов терминала и коммутационной структуры узлов соединения. Если терминал является отправной точкой в почтовой системе, то коммутатор перехватывает посылку и отправляет ее на почту в месте назначения. структура системы межсоединений RapidIO по нормам состоит из иерархической структуры, включающей логический слой, общественный уровень передачи и физический уровень. физический слой протокола RapidIO обрабатывается программой по программированию кристаллов (Serdes). характеристики SERDE имеют определенные последствия для целостности сигналов, с которыми сталкиваются конструкторы аппаратных средств при проектировании схем. многие другие аспекты конструкции переключателей также влияют на Целостность сигналов.

Быстрое переключение упрощено цепьboard проектировать and achieves high signal integrity

Clock generation

Что касается стартера, то переключатель SRIO должен иметь синхронный сигнал, обеспечивающий низкий уровень тряски. сигналы с низкой тряской в основном характеризуются низким фазовым шумом. Если увеличить входной тактильный сигнал для получения выходного сигнала на более высокой частоте, то необходимо оптимизировать схему Чипа для получения минимального фазового шума. Переключатели RapidIO серии Tsi57x серии Tundra обеспечивают выходной сигнал до 125Gz, увеличивая PLL с помощью часов 125 MHz и 155MHz, а также интегрированных низкошумовых устройств. Многие продукты используют независимые схемы для выполнения этих функций, поэтому они не могут добиться низких трясок, как переключатели тундры. четкость выходного сигнала меньше, чем при использовании чипов переключателя тундра, что затрудняет проектирование платы, чтобы мириться с проблемой целостности других листов.

Programmable предварительное усиление передачи и выравнивание приёмника

In the проектировать высокая скорость цепьboards, since the signal is transmitted from чип to the chip through the цепьпанель или проходная, signal attenuation needs to be considered. Короче говоря, the actual signal will decrease in strength when it reaches the end point, и возможный фазовый сдвиг. Generally, на всех носителях, higher frequency harmonics have a greater proportion of lower frequency harmonics attenuation. недостаточно усилить сигнал в целом, because it enlarges the noise floor and does not solve the phase shift problem. Serial RapidIO switches and endpoints (like all other high-speed проектироватьs such as GbE and 10GbE) utilize technology to avoid this problem and maintain the integrity of the original signal.

To understand the effects of transmission pre-emphasis and receiver equalization, Вы можете видеть диаграмму глаз. цель - открыть глаза. If these techniques are not used, глазная карта начнёт "закрывать".

техника предварительной утяжеления при передаче может увеличить частоту передачи сигнала, решить проблему фазового сдвига между затуханием сигнала и конечной точкой. Таким образом, предыстория передачи не просто увеличивает все частоты (этот метод также увеличивает общее энергопотребление переключателя на чипы), а эффективно усиливает выходную форму сигнала за счет передачи, увеличивает выходную форму волны высокой частоты и управляет ею с помощью виртуального элемента. выполнить сдвиг фазы, вызванный передающей средой. Этот метод очень эффективен для сохранения целостности сигнала и для глаз.

Although transmission pre-emphasis is usually applied in many high-speed ICs to optimize overall system-level signal integrity, Предыстория "отправления" должна быть использована для выравнивания приёмника с "приемным концом". The receiver equalization uses the enhancer transmission function to compensate for the high-frequency transmission loss and phase shift caused by the цепьboard and backplane. Since these transmission losses occur before the signal reaches the destination IC (in this article, the serial RapidIO switch), usually the switch must take measures before the signal is sent to the next transmission part (another switch) or endpoint in the system Compensate for these losses. эффект выравнивания приёмника аналогичен тому, который был предварительно увеличен при передаче, Это может увеличить общее отношение сигнал - шум. Note: Each link connected to the switch chip may have different characteristics.

так же, the receiver equalization needs of each link will be different and need to be programmed before it can be used. Все коммутаторы Tundra RapidIO Tsi57x имеют эту функцию, в отношении целостности сигнала, Эта функция значительно упростит уровень системы проектировать.

синхронное и асинхронное проектирование

последовательные стандарты RapidIO обеспечивают три различных скорости связи: 125G Potter, 2,5 G Potter и 3,125 G Porter. обмен можно разделить на две категории: Синхронизация и асинхронность.

синхронный обмен означает, что все порты должны работать с одинаковой скоростью.

асинхронный обмен означает, что каждый порт может быть использован для операций с частотой, необходимой для удовлетворения оперативных потребностей конкретного канала связи.

В большинстве приложений, the best solution is asynchronous switching, Она имеет не только преимущества для удовлетворения потребностей в связи с сообщениями, но и более низкую общую мощность системы, Однако влияние на последовательность при целостности сигнала также невелико.

Packaging and interconnection

Signal integrity issues may be largely affected by the packaging and basic material проектировать. например, high-performance flip-chip and wire bond packaging can improve power transmission and reduce return loss. коммутатор RapidIO, очень важно улучшить согласование сопротивлений, чтобы сохранить разностное сопротивление 100 ом и низкие изменения. Flip chip packaging can help improve the above situation.

высокоэффективное сферическое отображение

поставщик кремниевых чипов может выбрать шаровое отображение, чтобы упростить передачу сигналов от чипа к сетке, but its role is not limited to this. В идеале, the overall system-level implementation will be considered when проектироватьПереопределить сферическое отображение. например, when проектироватьнарисовать шаровую карту, remember to link the peripheral IC to the switch chip. The проектировать should be optimized to minimize the number of layers and the required area, which can improve the signal integrity of the final проектировать. An IC equipped with a fairly dense spherical mapping requires many layers on the цепьплата, используемая для передачи сигналов от IC, привести к высоким издержкам системного уровня проектировать. Another problem is the crosstalk between signal channels, which was mentioned in the discussion of the difference between synchronous and asynchronous RapidIO exchanges above. A problem closely related to crosstalk between signal channels and efficient spherical mapping is the spacing between the power and ground pins. если в небольшой пакет вставляется слишком много последовательных портов RapidIO, из - за помех это может привести к проблемам целостности сигнала, which can lead to "closed eyes" when the signal is transmitted from the switch to the endpoint.

Design convention skills

Now, Давайте рассмотрим другой аспект целостности сигнала, which is the board-level проектировать issue. Designers can take many проектировать Руководство по борьбе с шумом. Generally, good проектировать practices can help цепьboard проектироватьers control the signal noise generated by связь на уровне правления, including limiting external noise sources and solving the noise of the device itself.

Во - первых, при проектировании следует использовать точную ширину, расстояние и топологию дорожки для обеспечения соответствия сопротивлений каждого канала с передаточным устройством. импедансное рассогласование может повлиять на качество передней и задней кромок, установить время задержки, помехи и EMI.

It is necessary to ensure that there is sufficient channel spacing between the synchronization signal groups, длина канала должна быть ограничена, отклонение разностных сигналов должно быть сведено к минимуму. время соединения, для ограничения паразитного эффекта следует свести к минимуму количество переходов на покрытие. The cost of vias in unnecessary inductance and stray capacitance is very high and should be minimized. Except for BGA pads, each channel usually allows up to two vias.

необходимо полностью проверить целостность сигнала. использовать оценку паразитов, pre-проектировать analysis can provide the data needed to understand проектировать performance, but accurate post-проектировать parasitics can provide the details needed to discover potential signal integrity issues. Using this method, a цепьnetlist can be created for simulation and the results recorded.

Если канал и канал сигнализации будут как можно короче, shielded by a ground layer or physically separated from each other, and pay attention to avoid impedance mismatch or any configuration that causes resonance, можно получить хорошую целостность сигнала.

Выберите последовательный рубильник RapidIO, чтобы обеспечить большую полноту сигнала

что делать проектироватьers choose serial RapidIO switches? Just as good проектировать practices can help цепьboard проектироватьers control the signal noise generated by цепьboard-level communications, hardware проектироватьers need to actively consider the characteristics of clock generation, transmission pre-emphasis and receiver equalization, optimized packaging technology, эффективное сферическое отображение, and The asynchronously проектироватьed serial RapidIO switch can ensure the high signal integrity of the system-level проектировать. Obviously, when choosing a serial interface, кристаллография проектироватьer must not only have the appropriate functions, but also a switching chip проектироватьed to solve the problem of high-speed signals.

В настоящее время "Tundra Semiconductor Corporation" может предложить ряд продуктов быстрого переключателя, обладающих вышеупомянутыми навыками. Линейка продуктов Tsi 57x включает Tsi574, Tsi576 и Tsi578. Количество портов варьируется от 4 до 16, а рабочая скорость — от 1,25 до 3,125 Гбит/с. Каждый порт поддерживает каналы x1 и x4 на выбор, мощность каждого порта 120 - 200мВт. Линейка продуктов Tsi57x обладает всеми функциями целостности сигнала, описанными в этой статье, включая предыскажение передачи и выравнивание приемника. По сравнению с предыдущей линейкой продуктов Tsi56x, в этот продукт добавлено несколько новых функций, включая функцию многоадресной рассылки и мониторинг производительности матрицы. Кроме того, многие передовые функции управления связью были оптимизированы для широкой защиты таких приложений, как беспроводная база, контроллеры беспроводной сети, инфраструктура проводной сети и системы военной авионики.

Резюме этой статьи

В результате приведенного выше анализа можно обнаружить, что, если вы знакомы с основными правилами проектирования, можно избежать любых традиционных проблем, связанных с плохой целостностью сигнала, шумами, переходными эффектами, последовательным характеризмом, при высокочастотных соединениях (таких как последовательные RapidIO). ) используются в системе. .