PCB科技 - MCM高速電路版圖設計中的信號完整性分析

摘要：隨著封裝密度的新增和工作頻率的新增, 這個 signal integrity problem in MCM circuit 設計 不能忽略. 本文以探測器電路為例. 第一, the 佈局 設計 利用APD軟件實現了電路的設計, 然後結合信號完整性分析, 電路 佈局 結構反復調整. 這個 final Spectra Quest software simulation results show that the improved circuit 佈局 滿足信號完整性要求，同時保持高模擬精度.

關鍵字：多晶片組件； 地點和路線； 信號完整性； 反射 延遲

隨著集成電路科技的發展，多晶片組件的工作速度越來越高，高速訊號的處理已成為MCM電路設計成功的關鍵。 當時鐘訊號的上升沿或下降沿很小時，會引起傳輸線效應，即信號完整性問題。

這 設計 以探測器電路為例, and elaborates on the method of MCM佈局設計 使用信號完整性分析工具. 第一, 擴展封裝零件庫以滿足特定電路的需要 佈局 設計; then use APD (Advanced Package Designer) software to directly call the component packaging symbols to complete the preliminary 佈局 設計 電路的； 最終合併反射, 信號完整性模擬分析結果反復調整後的延時和電磁相容性, 改進電路 佈局 减少訊號反射, 輸入信號的相對延遲不超過0.2ns, 同時抑制電磁干擾現象，滿足信號完整性要求.

MCM位置和路線的軟件實現

如上所述，MCM版圖的實現包括電路原理圖的生成、零件庫的擴展以及最終版圖和佈線的完成和處理資料檔案的輸出。 APD佈局包括五種類型：焊盤堆棧（*.pad）、封裝符號（*.psm）、機械符號（*.bsm）、格式符號（*.osm）和形狀符號（*.ssm）。 在MCM佈局設計中，所有佈局必須具有正確的庫打包。 MCM設計軟體內寘的套裝軟體庫往往不能滿足特定的設計要求。 只有展開零件庫後，才能直接將零件用於佈局設計和最終工藝檔案輸出。 首先，使用焊盤堆棧編輯器軟件展開零件庫，然後封裝電路，並通過Concept HDL將電力連接網表檔案匯出到APD軟件，最後完成電路佈局。 在整個設計中，定義了16個焊盤堆棧和81個封裝符號，焊盤堆棧被調用251次，功能單元被調用89次，其中251個組件封裝符號引脚和229個功能單元引脚共亯。

需要注意的是，在具體設計中，如果使用Orcad進行初步電路設計，則必須將Orcad生成的檔案轉換為APD軟件的mcm檔案。 但由於轉換後的mcm檔案存在類似於brd的問題，囙此使用Concept HDL軟件匯出網表檔案，然後選取網線拓撲進行模擬。 為了縮短模擬時間，採用了子模塊模擬方法。

模擬分析

IBIS模型

Spectra Quest與其他電路分析軟體相同。 要獲得準確的類比結果，必須首先為電路元件提供準確的電力模型。 Spectra Quest軟體使用IBIS模型。 IBIS（輸入/輸出緩衝區資訊規範）模型使用I/V和V/T錶來描述輸入/輸出單元和引脚的特性。 它是一種基於V/I曲線的快速、準確的I/O緩衝器。 模型的方法。 它提供了一種標準的檔案格式來記錄諸如驅動器或接收器輸出阻抗、上升/下降時間和輸入負載等參數。 這些參數由Spectra Quest讀取。 IBIS模型具有信號完整性分析所需的資訊，非常適合計算和類比高頻效應，如振盪和串擾。

Spectra Quest內部的Sigxplorer接受IBIS模型，然後將其轉換為獨特的設計建模語言DML，以完成複雜I/O結構的建模。 此外，Sigxplorer中的約束管理器可以管理類比中使用的參數，並將其嵌入後續的放置和佈線約束中。

反射分析

反射，即傳輸線上的回波，是由阻抗的不連續性引起的。 電源和負載之間的阻抗失配將導致線路反射，負載將部分電壓反射回電源。 如果負載阻抗小於源阻抗，則反射電壓為負； 否則，反射電壓為正。 理想情况是輸出阻抗、傳輸線阻抗和負載阻抗都相等。 此時，傳輸線的阻抗是連續的，不會發生反射。 反射電壓訊號的幅度由源反射係數rS和負載反射係數rL確定。

解决傳輸線反射問題的關鍵是阻抗控制。 阻抗匹配可以抑制傳輸線反射。 有四種匹配端接方法：並聯端接、大衛南等效並聯端接、交流端接和串聯端接。 這裡，採用大衛南等效並聯端接法控制檢測器電路的輸入阻抗，然後選取電路拓撲，分別類比匹配端接前後電路的傳輸特性。

在終止之前，波形在上升沿發生畸變，容易導致誤操作。 匹配終止有效地消除了訊號的失真，單調性很好，原始訊號在上升沿上拉，電平切換提前進入，新增了訊號的穩態時間，訊號上升沿相對穩定。 雖然在高級維護階段有過沖，但對訊號確認沒有影響，訊號質量理想。 此外，訊號傳輸線的長度對反射也有一定的影響。 模擬發現，當傳輸線較長時，會出現預期的反射現象； 當傳輸線較短時，模擬波形與分析結果吻合較好。 囙此，接線長度不同，其處理方法也應不同。 一般來說，如果記錄道長度小於2英寸，則將其視為集總參數LC電路； 如果大於8英寸，則將其視為分佈參數傳輸線電路。

延遲分析

隨著系統工作頻率的新增，當訊號上升沿或下降沿非常陡峭時，佈線延遲不再可以忽略。 它在訊號的建立和維護中起著至關重要的作用，甚至可能影響系統的定時並導致誤操作，囙此必須加以考慮。 MCM高速電路設計要求存儲晶片的相位偏差不能太大，囙此從驅動端到接收端的佈線延遲應該大致相等。 訊號線的長度對傳輸質量有很大影響，並可能導致訊號在傳輸過程中失真。 隨著線路長度的新增，訊號傳輸質量變得更差。 對於過長的訊號線，應使用源或終端匹配方法來提高傳輸質量。 使用信號完整性模擬工具，您可以輕鬆類比從驅動端到每個晶片的延遲，然後根據模擬結果調整佈局和佈線，以滿足預定的要求。

探測器的每個訊號應盡可能保持相同的傳輸延遲，這要求佈線長度盡可能一致。 對於細微差异，可根據類比結果延長或縮短接線。 接線完成後，使用Spectra Quest軟件類比輸入信號的傳輸延遲。 具體參數見錶2。 可以看出，相對延遲不超過0.2ns，模擬結果比較理想。

電磁干擾分析

以上分析了訊號在時域中的反射和延遲，此外，EMI（電磁干擾）也是高速電路設計的一個重要方面。

電磁干擾包括過度的電磁輻射和對電磁輻射的敏感性。 過高的工作頻率、過快的訊號變化或不合理的佈局和佈線都會導致電磁干擾效應。 通過改變佈線策略，在終端匹配前後對探測器電路進行EMI模擬。 訊號產生的雜訊持續在0到2GHz之間，範圍很廣，每個頻率的輻射强度也不相同。 某些頻率的輻射强度超過限制，即該頻率下訊號的電磁干擾已超過系統的承受能力，應採取措施降低其輻射水准。 按照上述方法進行阻抗控制，儘量減少佈線長度。 可以看出，超出限值的頻率波已經下降到水平線以下，每個頻率點的輻射强度都降低了，整個輻射强度都降低了。 這表明，對於訊號傳輸，改變佈線長度並添加合適的匹配終端網絡不僅改善了訊號的傳輸特性，而且降低了電磁輻射强度，提高了訊號質量。

結束語

什麼時候 設計高速電路, 首先使用精確的設備模型對系統功能進行信號完整性和EMI模擬分析，以確定 佈局 電路的, 然後對佈線網絡進行模擬改進，直到得到滿意的佈線結果. 這 設計 主要類比和分析反射, 基於MCM的MCM時域和頻域佈線時延和EMI問題 佈局 設計 科技, 結合探測器封裝實例, 取得了良好的效果.