信號完整性設(shè)計中的5類典型問題

2017-05-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

今天咱來扒一扒工程設(shè)計中關(guān)于信號完整性的那點事,Bala一下工程設(shè)計中常遇到的5類典型問題。沒有因為這些糾結(jié)過的,應(yīng)該還沒開始做SI設(shè)計。相信在一線摸爬滾打的工程獅看了會有共鳴!

第1類問題:必須依靠仿真的問題

有些問題,第一次設(shè)計時,如果不依靠仿真,沒什么好辦法知道到底行不行或者有沒有危險。舉一個常見的栗子:一拖多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這是一個出現(xiàn)概率很高的設(shè)計場景。假如有一個主控板,通過背板(有些公司叫底板)拖6塊板卡,如果是第一次設(shè)計,那怎么評估這個方案行不行!靠設(shè)計規(guī)則?靠經(jīng)驗法則?靠猜?那純粹是撞大運。當(dāng)然有些人會說了,打一板試試就知道了。當(dāng)然可以,但是像這種系統(tǒng)級的方案, 打板一次費用和周期都幾乎不可接受(當(dāng)然土豪除外)。要提前評估方案的可行性,理論分析是少不了的,但這個問題僅靠理論分析搞不定。

咱先從理論上看看這個拓?fù)渲袝l(fā)生什么。芯片的input buffer對信號來說通常表現(xiàn)出很高的阻抗,信號傳輸?shù)浇邮招酒瑫l(fā)生反射。下圖中6個接收端都會有反射。反射回來的信號遇到走線分叉會分別進(jìn)入兩條岔路,比如從3反射回來的信號沿主干線向左右兩個方向傳輸,傳到1、2、4、5、6等接收器時再次發(fā)生反射。也就是3反射的信號會干擾其他芯片的接收信號。同樣的,其他任何一個接收器的反射信號都會干擾別的接收器。反射過程會發(fā)生很多次,延時疊加,反復(fù)的反射震蕩,這是一個很復(fù)雜的過程,理論上簡單,但最終會疊加出來一個神馬東西?想不出來,得靠軟件。

如果不做任何處理,波形長啥樣?簡單的仿真就能發(fā)現(xiàn)明顯的風(fēng)險,見下圖,高低電平?jīng)_得太厲害了,有隱患。

通過簡單的處理,消弱反射信號在各個接收器之間反復(fù)反射震蕩,我們可以把波形搞成這個樣子。這下放心多了。類似這種需要仿真的問題很多,通過仿真規(guī)避風(fēng)險效果很好的。

第2類問題:無法仿真或很難仿真的問題

仿真是信號完整性設(shè)計很有效的手段。仿真軟件很神奇,迷倒了一大批工程師。

如果這個東西真這么簡單那就太好了,click、click、click...,OK,完活,多爽!

哪有如此美妙的世界!

過于依賴仿真,干活時候會經(jīng)常遇到糾結(jié)痛苦的事。尤其把自己定位成仿真工程獅的,面對問題,有時候會無處下手,不知道該仿什么。真要遇到這種事,就該好好考慮一下了,有些事不是仿真能搞定的,也許你遇到的是這第2類問題。

比如下面這個栗子,很酸爽,但絕對沒有糖炒的好吃。

有些單板上會有個別時鐘信號對抖動要求非常高,如果這個時鐘抖動大了,誤碼測試就不過關(guān)。高速串行接口對時鐘都是有要求的,我們看下典型接口信號抖動構(gòu)成,時鐘信號的抖動對傳輸信號的抖動貢獻(xiàn)是不能忽略的。那么問題來了,硬件人員把這個問題丟給你,怎么解決無所謂,硬件要的就是結(jié)果,搞定就行。那你怎么搞定這個事?靠仿真么?怎么仿?仿什么?

開工之前,分析一下那些因素會影響時鐘的抖動,先列張主要因素的清單:

1、反射(萬惡的反射,哪都有它)

2、串?dāng)_(萬惡的串?dāng)_,哪都有它)

3、模態(tài)轉(zhuǎn)換(有影響要注意)

4、參考平面(隱藏的雷區(qū))

5、差分對設(shè)計(被很多人忽略的)

6、時鐘芯片的電源(重頭戲)

7、層疊結(jié)構(gòu)安排走線層安排(一念之差的變數(shù))

8、提供時鐘的晶振選型(硬件選型會慎重的,通常不用SI人員處理)

9、晶振電源的處理(不可忽略)

其他Layout相關(guān)的細(xì)節(jié)就不說了,單單上面提到的這些就夠仿真工程獅喝一壺的(整點二鍋頭還是伏特加?)。

好吧,仿真工程獅,仿真工程獅,咱開仿。打開神奇的軟件,然后呢,沒然后了........。往軟件里面塞什么內(nèi)容讓它跑仿真?

那個什么,電源對抖動的影響,仿真腫么破?那個參考平面的影響,仿真腫么破?從仿真的角度來做頭疼是必然的。但是如果你換一個角色,以信號完整性設(shè)計工程師的角度去看會豁然開朗。該仿真的仿真,仿不了的設(shè)計上控制一下不就可以搞(tou)定(lan)了。反正最終要的就一個結(jié)果,抖動降下來就OK。

黑貓白貓抓住耗子是好貓。好產(chǎn)品是設(shè)計出來的,不是仿出來的。不糾結(jié),做好貓!

第3類問題:需要仿真但僅靠單一的仿真手段還不行

舉個典型栗子......?？瓤?又是栗子,夠了,被拍飛........。

好吧,鼻青臉腫的咱回來接著說。電源的磁珠濾波(又是萬惡的磁珠濾波),話說電源上用磁珠濾波那是比比皆是,話說這個磁珠濾波吃掉了多少硬件人員的加班時間,調(diào)試調(diào)試再調(diào)試,調(diào)試到崩潰。咋能偷點懶呢?

拿來神奇的仿真軟件,click、click、click... ... ...OK。三下五除二整出了下面這個漂亮的頻響曲線,藍(lán)色的那條是設(shè)計好的。怯怯地說一句,偷懶了,直接拷貝的老圖,沒重新做圖,直接被拍飛........。