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PCB科技 - PCB系統中的PCB模擬設計與信號完整性

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PCB科技 - PCB系統中的PCB模擬設計與信號完整性

PCB系統中的PCB模擬設計與信號完整性

2021-10-22
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Author:Downs

A., PCB類比 和DDR3.記憶體設計

1概述今天的電腦系統DDR3記憶體科技已得到廣泛應用,並且資料傳輸速率已被反復提升,現在已高達1866Mbps。

在這種高速匯流排的情况下,為了保證資料傳輸質量的可靠性和滿足並行匯流排的時序要求,對設計和實現提出了很大的挑戰。

本文主要使用Cadence的時域分析工具對DDR3設計進行定量分析,介紹了影響DDR3時序分析信號完整性的主要因素,並通過對結果的分析對設計進行改進和優化,以提高訊號質量。 其可靠性和安全性大大提高。

2 DDR3 DDR3記憶體簡介與DDR2記憶體類似,包括2個控制器和記憶體部件,所有這些部件都使用源同步定時,即所選訊號(時鐘)不是由單獨的時鐘源發送,而是由驅動晶片發送。

它比DR2具有更高的資料傳輸速率,高達1866MBPS; DDR3還使用8比特預取科技,顯著增加了存儲頻寬,其工作電壓為1.5V,確保在相同頻率下降低功耗。 DDR3介面設計很難實現。 它使用獨特的飛接拓撲,並使用“寫均衡”科技來控制設備的內部偏移定時和其他有效措施。

電路板

雖然它在確保設計實施和信號完整性方面發揮了作用,但實現高頻和頻寬的存儲系統並不全面。 囙此,有必要進行模擬分析,以確保設計實現的完整性和訊號質量。

3模擬分析DDR3模擬分析結合項目說明:選擇PowerPC 64比特雙核CPU模塊,該模塊採用Micron的MT41J256M16HA-125IT作為記憶體。

通過對P5020處理器的分析,該模塊的記憶體匯流排資料傳輸速率為1333MT/s,類比頻率為666MHz。

3.1分析前的預類比準備, 有必要根據DDR3的阻抗與PCB製造商溝通,以確認其層壓結構. 在高速傳輸中,確保傳輸線效能的關鍵是連續特性阻抗. 確定阻抗控制 高速PCB訊號 一定範圍內的線, 使印刷電路板成為“可控阻抗板”, 這是類比分析的基礎.

DDR3匯流排的單線阻抗為50Ω,差分線性阻抗為100Ω。 設定分析網路終端的電壓值,包括分析設備的無源設備分配模型,確定設備類型内容,並確保設備引脚内容(輸入和輸出、電源接地等)。。。。。。

其次,快速解决PCB高速系統中的信號完整性問題

快速解决PCB高速系統中的信號完整性問題。 隨著資料速率的新增,信號完整性問題已成為設計工程師考慮的最關鍵因素。 資料速率的指數級增長可以在諸如手持移動設備和消費顯示產品等高頻寬路由器/交換機的應用中看到。 抖動(雜訊)是設計中降低信號完整性水准的主要原因。 除了使用佈局、阻抗匹配和更昂貴的資料來實現信號完整性增强科技外,設計師還可以簡單地在設計中添加抖動接收器,如等化器,以解决抖動問題。

這樣,設計者就不必關注信號完整性問題,而是關注系統的覈心設計。 過去,訊號佈線通常被視為一個簡單的概念,從佈線的角度來看,視訊訊號、語音訊號或數據訊號之間沒有區別。 囙此,過去很少有人關心訊號佈線。 然而,現在情况完全改變了。 視訊訊號傳送速率現已達到每通道3.3Gbps,數據訊號遠遠超過每通道5Gbps。

高速串列標準,如PCI Express、XAUI、SATA、TMD和顯示埠,要求設計團隊和工程師不僅要考慮信號完整性問題,還要深入瞭解它將如何影響系統性能和可靠性。 為了掌握這些知識,工程師必須首先瞭解影響系統中信號完整性的因素。 通過新增訊號抖動可以觀察到系統中信號完整性的損失。 系統的總抖動主要由兩種抖動組成,即隨機抖動和確定性抖動。 隨機抖動是無限的,基本上服從高斯分佈,而確定性抖動是有限的和可預測的。

在90%的系統中,確定性抖動是設計工程師必須解决的主要信號完整性問題。 確定性抖動包括碼干擾(ISI)、占空比失真和週期抖動,分別由頻寬限制問題、時鐘週期不對稱和交叉耦合或EMI問題引起。

無源元件,如連接器、PCB佈線、長電纜和沿佈線放置的其他無源元件是確定性抖動的最重要來源。 訊號頻率越高,衰减越大,囙此指定資料流程中的功率級不匹配,這種功率級不匹配將導致訊號中的ISI。

ISI將降低信號完整性,這足以封锁接收器在接收端從訊號中正確選取任何實際數據。 功率級不匹配的原因是沒有設計工程師能够保證設計中的資料傳輸。 數據可以不斷變化(0-1-0-1-0-1等)或恒定(1-1-1-1-1-1等)。 顯然,上述6個變化比特的占空比是6“1”恒定資料流程的占空比的6倍。 由於免稅比是原來的6倍,訊號頻率將提高6倍。

如果資料流程包含這兩種類型,則接收器訊號的功率級別將非常不同,因為頻率越高,衰减越大。

解决功率不匹配的問題大多數高速訊號標準規定應儘量減少連續比特數,如8B/10B編碼。 該編碼方案確保資料流程不超過4個連續比特。

然而,仍然可以將接收器訊號的高功率部分新增四倍。 為了補償功率級失配以减少ISI,PCB設計者可以使用均衡或去加重科技。

這個 PCB均衡科技 將新增所有高速比特的功率, 囙此,高速比特和低速比特中的接收訊號具有相同的功率電平, 從而减少功率級失配. 與加劇平衡相反, 但目標是一樣的:最小化功率級不匹配. 這是通過降低低速比特的功率來實現的, 這將新增高速比特的功率.