信號(hào)完整性設(shè)計(jì)中的5類典型問(wèn)題

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

今天咱來(lái)扒一扒工程設(shè)計(jì)中關(guān)于信號(hào)完整性的那點(diǎn)事,Bala一下工程設(shè)計(jì)中常遇到的5類典型問(wèn)題。沒(méi)有因?yàn)檫@些糾結(jié)過(guò)的,應(yīng)該還沒(méi)開始做SI設(shè)計(jì)。相信在一線摸爬滾打的工程獅看了會(huì)有共鳴!

第1類問(wèn)題:必須依靠仿真的問(wèn)題

有些問(wèn)題,第一次設(shè)計(jì)時(shí),如果不依靠仿真,沒(méi)什么好辦法知道到底行不行或者有沒(méi)有危險(xiǎn)。舉一個(gè)常見的栗子:一拖多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這是一個(gè)出現(xiàn)概率很高的設(shè)計(jì)場(chǎng)景。假如有一個(gè)主控板,通過(guò)背板(有些公司叫底板)拖6塊板卡,如果是第一次設(shè)計(jì),那怎么評(píng)估這個(gè)方案行不行!靠設(shè)計(jì)規(guī)則?靠經(jīng)驗(yàn)法則?靠猜?那純粹是撞大運(yùn)。當(dāng)然有些人會(huì)說(shuō)了,打一板試試就知道了。當(dāng)然可以,但是像這種系統(tǒng)級(jí)的方案, 打板一次費(fèi)用和周期都幾乎不可接受(當(dāng)然土豪除外)。要提前評(píng)估方案的可行性,理論分析是少不了的,但這個(gè)問(wèn)題僅靠理論分析搞不定。

咱先從理論上看看這個(gè)拓?fù)渲袝?huì)發(fā)生什么。芯片的input buffer對(duì)信號(hào)來(lái)說(shuō)通常表現(xiàn)出很高的阻抗,信號(hào)傳輸?shù)浇邮招酒瑫?huì)發(fā)生反射。下圖中6個(gè)接收端都會(huì)有反射。反射回來(lái)的信號(hào)遇到走線分叉會(huì)分別進(jìn)入兩條岔路,比如從3反射回來(lái)的信號(hào)沿主干線向左右兩個(gè)方向傳輸,傳到1、2、4、5、6等接收器時(shí)再次發(fā)生反射。也就是3反射的信號(hào)會(huì)干擾其他芯片的接收信號(hào)。同樣的,其他任何一個(gè)接收器的反射信號(hào)都會(huì) 干擾別的接收器。反射過(guò)程會(huì)發(fā)生很多次,延時(shí)疊加,反復(fù)的反射震蕩,這是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程,理論上簡(jiǎn)單,但最終會(huì)疊加出來(lái)一個(gè)神馬東西?想不出來(lái),得靠軟件。

信號(hào)完整性設(shè)計(jì)中的5類典型問(wèn)題HFSS結(jié)果圖片1

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

信號(hào)完整性設(shè)計(jì)中的5類典型問(wèn)題HFSS培訓(xùn)的效果圖片2

通過(guò)簡(jiǎn)單的處理,消弱反射信號(hào)在各個(gè)接收器之間反復(fù)反射震蕩,我們可以把波形搞成這個(gè)樣子。這下放心多了。類似這種需要仿真的問(wèn)題很多,通過(guò)仿真規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)效果很好的。

信號(hào)完整性設(shè)計(jì)中的5類典型問(wèn)題HFSS培訓(xùn)的效果圖片3

第2類問(wèn)題:無(wú)法仿真或很難仿真的問(wèn)題

仿真是信號(hào)完整性設(shè)計(jì)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(gè)東西真這么簡(jiǎn)單那就太好了,click、click、click...,OK,完活,多爽!

哪有如此美妙的世界!

過(guò)于依賴仿真,干活時(shí)候會(huì)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(duì)問(wèn)題,有時(shí)候會(huì)無(wú)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(wèn)題。

比如下面這個(gè)栗子,很酸爽,但絕對(duì)沒(méi)有糖炒的好吃。

有些單板上會(huì)有個(gè)別時(shí)鐘信號(hào)對(duì)抖動(dòng)要求非常高,如果這個(gè)時(shí)鐘抖動(dòng)大了,誤碼測(cè)試就不過(guò)關(guān)。高速串行接口對(duì)時(shí)鐘都是有要求的,我們看下典型接口信號(hào)抖動(dòng)構(gòu)成,時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)對(duì)傳輸信號(hào)的抖動(dòng)貢獻(xiàn)是不能忽略的。那么問(wèn)題來(lái)了,硬件人員把這個(gè)問(wèn)題丟給你,怎么解決無(wú)所謂,硬件要的就是結(jié)果,搞定就行。那你怎么搞定這個(gè)事?靠仿真么?怎么仿?仿什么?

信號(hào)完整性設(shè)計(jì)中的5類典型問(wèn)題HFSS培訓(xùn)的效果圖片4

開工之前,分析一下那些因素會(huì)影響時(shí)鐘的抖動(dòng),先列張主要因素的清單:

1、反射(萬(wàn)惡的反射,哪都有它)

2、串?dāng)_(萬(wàn)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(duì)設(shè)計(jì)(被很多人忽略的)

6、時(shí)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(shí)鐘的晶振選型(硬件選型會(huì)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(shuō)了,單單上面提到的這些就夠仿真工程獅喝一壺的(整點(diǎn)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(méi)然后了........。往軟件里面塞什么內(nèi)容讓它跑仿真?

那個(gè)什么,電源對(duì)抖動(dòng)的影響,仿真腫么破?那個(gè)參考平面的影響,仿真腫么破?從仿真的角度來(lái)做頭疼是必然的。但是如果你換一個(gè)角色,以信號(hào)完整性設(shè)計(jì)工程師的角度去看會(huì)豁然開朗。該仿真的仿真,仿不了的設(shè)計(jì)上控制一下不就可以搞(tou)定(lan)了。反正最終要的就一個(gè)結(jié)果,抖動(dòng)降下來(lái)就OK。

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

第3類問(wèn)題:需要仿真但僅靠單一的仿真手段還不行

舉個(gè)典型栗子......?？瓤?又是栗子,夠了,被拍飛........。

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

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

信號(hào)完整性設(shè)計(jì)中的5類典型問(wèn)題HFSS培訓(xùn)課程圖片5

完工了?真的完工了嗎?呃,別高興太早,一大群邪惡的Bug正在排隊(duì)趕來(lái)準(zhǔn)備挖坑呢。象下圖這樣,磁珠和電容后面拉出來(lái)的那條小尾巴,你把它放哪里?拉多長(zhǎng)?

拉線太長(zhǎng)了肯定不太好,地球人都知道。試想一下,如果這個(gè)小尾巴剛好通過(guò)電路板入口電源銅皮正上方會(huì)怎樣?

所以相鄰的平面層要考慮,如果你把它放在表層,那它下面緊鄰的平面層最好是GND。如果安排在內(nèi)層呢?內(nèi)層電源平面層往往被分割的很亂,如果這種磁珠濾波器用的比較多,那可能放不下。平面層放不下就得放信號(hào)層,問(wèn)題又來(lái)了,夾在上下兩個(gè)平面之間,而且旁邊會(huì)有其他信號(hào)線。這都是坑,要小心處理。