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MCM高速电路布局布线设计的信号完整性分析

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2019-03-31 20:34    浏览量:
MCM高速电路布线布线设计的信号完整性分析摘要:随着封装密度的增加和工作频率的增加,MCM电路设计中的信号完整性问题不容忽视。以探测器电路为例,本文首先采用APDApp实现电路的布局布线设计,然后结合信号完整性分析重复调整电路布局布线结构,最终的Spectra QuestApp仿真结果表明改进的电路布局布线符合信号完整性要求,
 
同时保持较高的模拟精度。
 
关键词:多芯片组;布局布线;信号完整性;反射;延迟随着集成电路技术的发展,多芯片组的工作速度越来越高,高速信号处理已成为MCM电路设计成功的关键。
 
那时,时钟信号沿着一小时的边缘上升或下降,将导致传输线效应,即信号完整性问题。在该设计中,以检测器电路为例,详细描述了使用信号完整性分析工具的MCM布局布线设计方法。首先,扩展封装部件库以满足特定电路布局布线设计的需要,然后使用APD(Advanced Package Designer)App直接调用部件封装符号,完成电路的初始布局和布线设计。最后,结合反射,
 
信号完整性仿真分析的结果,如延迟和电磁兼容性,反复调整,改进的电路布局布线减少了信号的反射,输入信号的相对延迟不超过0.2ns,电磁干扰现象是抑制以满足信号完整性要求。
 
MCM布局布线的App实现如上所述,MCM布局布线的实现包括电路原理图生成,扩展部件库和最终布局布线完成以及处理数据文件输出。 APD布局包括Padstack(* .pad),Package Symbol(* .PSM),Mechanical符号(* .BSM),Format Symbol(* .OSM)和Shape Symbol(* .SSM)五种,MCM布局布线设计,全部布局必须具有正确的库包装。 MCM设计App自带的包库往往不能满足特定的设计要求,只需扩展零件库,就可以直接调用零件进行布局布线设计和最终的工艺文件输出。首先,Padstack EditorApp用于扩展零件库,然后将电路封装起来,并通过Concept HDL到APDApp导出Electrical Connection网络表文件,最后完成电路布局布线。
 
在整个设计过程中,定义了16个Padstack和81个封装符号,制作了251个调用Padstack和89个调用功能单元,其中使用了251个元件封装的符号引脚和229个功能单元引脚。重要的是要注意,在设计时,如果使用ORCAD进行预电路设计,则必须将ORCAD生成的文件转换为APDApp的MCM文件。但是,由于转换后的MCM文件中存在类似BRD的问题,使用Concept HDLApp导出网络表文件,然后提取网络电缆拓扑进行仿真。
 
为了减少仿真时间,采用子模块仿真方法。
模拟分析
 
与其他电路分析App一样,IBIS模型Spectra Quest必须首先为电路元件提供精确的电气模型,以获得准确的仿真结果。 Spectra Quest Software使用IBIS模型。 IBIS(输入/输出缓冲器信息规范)模型使用I / V和V / T表的形式来描述I / O单元和引脚的特性,是一种快速准确的I / O BUFFER建模方法。 V / I曲线。它提供标准文件格式,用于记录参数,例如驱动器或接收器输出阻抗,上升/下降时间和输入负载,这些参数由Spectra Quest读取。
 
IBIS模型具有信号完整性分析所需的信息,非常适合于计算和模拟振荡和串扰等高频效应。 Spectra Quest的内部Sigxplorer接受IBIS模型,然后将其转换为独特的设计建模语言DML,以完成复杂I / O结构的建模。
 
此外,Sigxplorer中的约束管理器能够管理模拟中使用的参数,并将其嵌入后续布局布线约束中。
反思分析反射是传输线上的回波,这是由阻抗的不连续性引起的。源端和负载端之间的不匹配将导致线路上的反射,并且负载将一部分电压反射回源。如果负载阻抗小于源阻抗,则反射电压为负;相反,反射电压为正。理想情况下,输出阻抗,传输线阻抗和负载阻抗相等,此时传输线的阻抗是连续的,不会发生反射。
 
反射电压信号的幅度由源反射系数rS和负载反射系数rL确定。解决传输线反射的关键是阻抗控制,阻抗匹配可以抑制传输线反射,主要有:并联终端,戴维宁等效并行终端,交流终端和四种匹配终端方法的串联终端方法。
 
本文采用戴维宁等效并行端接法控制检测电路的输入部分,提取电路拓扑结构,分别模拟电路前后电路的传输特性。在终止之前,波形出现在失真的上升沿,这很容易引起误操作。匹配端有效消除了信号失真,单调性很好,并在上升沿上拉原始信号,提前进入电平开关,增加信号的稳态时间,以及信号的上升沿。信号也相对稳定。虽然在高电平的维护阶段存在过冲,但它对信号确认没有影响,并且信号质量是理想的。另外,信号传输线的长度对反射也有一定的影响。仿真结果表明,当传输线较长时,会出现预测的反射现象,当传输线较短时,仿真波形和分析结果一致。因此,布线长度不同,其加工方法也应不同。
 
通常,布线长度小于2英寸,其由具有一般人员编号的LC电路处理,并且大于8英寸,并且由具有分配参数的传输线电路处理。
 
延迟分析随着系统工作频率的增加,当信号沿陡峭边缘上升或下降时,不再能忽略接线延迟。它在信号的建立和维护中起着至关重要的作用,甚至可能影响系统的时间安排并产生误操作,因此必须予以考虑。 MCM高速电路设计要求存储器芯片的相位偏差不应太大,因此驱动端到接收端的接线延迟应大致相等。信号线的长度对传输质量有很大影响,这可能导致信号在传输过程中失真。随着线路长度的增加,信号传输质量变差,对于长信号线,应采用源或终端匹配方法来提高传输质??量。
 
通过使用信号完整性仿真工具,可以轻松模拟从驱动端到每个芯片的延迟,然后根据仿真结果调整布局布线以满足预定要求。探测器的每个信号应尽可能保持相同的传输延迟,这要求布线应尽可能保持一致,对于微弱的差异,可根据仿真结果延长或缩短布线。接线完成后,Spectra QuestApp模拟输入信号的传输延迟,具体参数如表2所示。
 
可以看出其相对延迟不超过0.2ns,仿真结果更为理想。
 
EMI分析
 
此外,EMI(电磁干扰)是高速电路设计的一个重要方面,用于分析时域中信号的反射和延迟。电磁干扰包括过多的电磁辐射和对电磁辐射的敏感性,工作频率过高,信号变化太快或布线布线不合理等,都会引起电磁干扰。进行EMI仿真以改变布线策略并在端子匹配之前和之后增加检测器电路。信号产生的噪声从0到2GHz,范围很宽,每个频率的辐射强度变化,某些频率的辐射强度超过极限,即该频率信号的电磁干扰有超过系统能够承受的程度,应采取措施降低其辐射水平。 根据上述方法进行阻抗控制,并尽可能地减小布线长度。 可以看出,超过极限的频率波已经下降到水平线以下,并且每个频率点的辐射强度已经减小,并且整个辐射强度已经减小。 这表明,为了传输信号,改变布线长度和增加适当的匹配端连接网络不仅改善了信号的传输特性,而且降低了电磁辐射的强度并提高了信号的质量。

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