Technologie PCB - Analyse de l'intégrité du signal dans la conception de diagrammes de configuration de circuits à grande vitesse MCM

Résumé: avec l'augmentation de la densité de boîtier et l'augmentation de la fréquence de fonctionnement, les problèmes d'intégrité du signal dans la conception de circuits MCM ne peuvent pas être ignorés. Cet article prend l'exemple d'un circuit de détecteur. Tout d'abord, la conception de la disposition du circuit est réalisée à l'aide du logiciel APD, puis la structure de la disposition du circuit est ajustée à plusieurs reprises en combinaison avec l'analyse de l'intégrité du signal. Les résultats finaux de la simulation logicielle Spectra Quest montrent que la disposition améliorée du circuit répond aux exigences d'intégrité du signal tout en conservant une précision de simulation élevée.

Mots clés: composants Multi - Puces; Lieux et itinéraires; Intégrité du signal; Réflexion Retard

Avec le développement de la technologie des circuits intégrés, les composants Multi - Puces fonctionnent à des vitesses de plus en plus élevées et le traitement des signaux à grande vitesse est devenu la clé du succès de la conception de circuits MCM. Le front montant ou descendant du signal d'horloge est alors faible, ce qui provoque un effet de ligne de transmission, c'est - à - dire un problème d'intégrité du signal.

Cette conception illustre la méthode de conception de diagramme de configuration MCM à l'aide d'un outil d'analyse de l'intégrité du signal, en prenant l'exemple d'un circuit détecteur. Tout d'abord, étendre la Bibliothèque de pièces encapsulées pour répondre aux besoins d'une conception de configuration de circuit spécifique; Ensuite, utilisez le logiciel APD (Advanced Package Designer) pour appeler directement les symboles d'encapsulation des composants et terminer la conception préliminaire de la disposition du circuit; Finalement, la combinaison de la réflexion, du retard et de la compatibilité électromagnétique après ajustement répété des résultats de l'analyse de simulation d'intégrité du signal, la disposition améliorée du circuit réduit la réflexion du signal, le retard relatif du signal d'entrée ne dépasse pas 0,2 NS, le phénomène d'interférence électromagnétique est également supprimé, répondant aux exigences d'intégrité du signal.

Implémentation logicielle des emplacements et itinéraires MCM

Comme indiqué ci - dessus, la mise en œuvre de la disposition MCM comprend la génération de schémas de circuits, l'extension et la disposition finale de la Bibliothèque de pièces, ainsi que la fin du câblage et le traitement des sorties de fichiers de données. La mise en page APD comprend cinq types: la pile de pad (*.Pad), le symbole d'encapsulation (*.Psm), le symbole mécanique (*.Bsm), le symbole de format (*.Osm) et le symbole de forme (*.Ssm). Les bibliothèques de packages intégrées aux logiciels de conception MCM ne répondent souvent pas aux exigences de conception spécifiques. Ce n'est qu'une fois la Bibliothèque de pièces déployée que les pièces peuvent être utilisées directement pour la conception de la disposition et la sortie finale du fichier de processus. Tout d'abord, utilisez le logiciel padstack Editor pour étendre la Bibliothèque de pièces, puis encapsulez le circuit et exportez le fichier de la grille de connexion électrique dans le logiciel APD via concept HDL, puis Terminez la mise en page du circuit. Tout au long de la conception, 16 padstacks et 81 symboles d'encapsulation ont été définis, padstacks étant appelés 251 fois et les unités fonctionnelles 89 fois, où 251 broches de symboles d'encapsulation de composants et 229 broches d'unités fonctionnelles ont été partagées.

Il est à noter que dans la conception spécifique, si vous utilisez Orcad pour la conception préliminaire du circuit, vous devez convertir les fichiers générés par Orcad en fichiers MCM du logiciel APD. Mais comme le fichier MCM converti a des problèmes de type Brd, utilisez le logiciel concept HDL pour exporter le fichier netsheet, puis extraire la topologie du câble réseau pour l'émulation. Pour réduire le temps de simulation, une méthode de simulation de sous - module est utilisée.

Analyse de simulation

Modèle Ibis

Spectra Quest est identique aux autres logiciels d'analyse de circuits. Pour obtenir des résultats de simulation précis, vous devez d'abord fournir un modèle électrique précis de l'élément de circuit. Le logiciel Spectra Quest utilise le modèle Ibis. Le modèle Ibis (Input / Output Buffer Information Specification) utilise des tables I / V et V / t pour décrire les caractéristiques des cellules E / s et des broches. C'est un tampon d'E / s rapide et précis basé sur la courbe V / I. La méthode du modèle. Il fournit un format de fichier standard pour enregistrer des paramètres tels que l'impédance de sortie du lecteur ou du récepteur, le temps de montée / descente et la charge d'entrée. Ces paramètres sont lus par Spectra Quest. Le modèle Ibis dispose des informations nécessaires à l'analyse de l'intégrité du signal et est idéal pour le calcul et la simulation d'effets à haute fréquence tels que les oscillations et la diaphonie.

Sigexplorer à l'intérieur de Spectra Quest accepte les modèles Ibis, qui sont ensuite convertis en un langage de modélisation de conception unique, DML, pour compléter la modélisation de structures d'E / s complexes. En outre, le gestionnaire de contraintes dans sigxplorer peut gérer les paramètres utilisés dans la simulation et les intégrer dans les contraintes de placement et de câblage suivantes.

Analyse de la réflexion

La réflexion, c'est - à - dire l'écho sur la ligne de transmission, est provoquée par la discontinuité de l'impédance. Un décalage d'impédance entre l'alimentation et la charge provoquera une réflexion sur la ligne, la charge réfléchissant une partie de la tension vers l'alimentation. Si l'impédance de charge est inférieure à l'impédance de source, la tension réfléchie est négative; Sinon, la tension réfléchie est positive. L'idéal est que l'impédance de sortie, l'impédance de ligne de transmission et l'impédance de charge soient toutes égales. A ce moment, l'impédance de la ligne de transmission est continue et aucune réflexion ne se produit. L'amplitude du signal de tension réfléchi est déterminée par le coefficient de réflexion de la source RS et le coefficient de réflexion de la charge RL.

La clé pour résoudre le problème de réflexion de la ligne de transmission est le contrôle d'impédance. L'adaptation d'impédance peut inhiber la réflexion de la ligne de transmission. Il existe quatre types de terminaison correspondants: terminaison parallèle, terminaison parallèle équivalente davinan, terminaison AC et terminaison série. Ici, la méthode de terminaison parallèle équivalente de Thevenin est utilisée pour contrôler l'impédance d'entrée du circuit détecteur, puis extraire la topologie du circuit et simuler respectivement les caractéristiques de transmission des circuits avant et après terminaison adaptée.

Avant de se terminer, la forme d'onde est déformée sur le front montant, ce qui peut facilement conduire à une mauvaise manipulation. La fin de l'adaptation élimine efficacement la distorsion du signal et la monotonie est très bonne, et tire le signal original sur le front montant et passe en commutation de niveau plus tôt, ce qui augmente le temps de stabilisation du signal et le front montant du signal est relativement stable. Bien qu'il y ait un dépassement pendant la phase de maintenance de haut niveau, il n'a aucun effet sur la confirmation du signal et la qualité du signal est idéale. De plus, la longueur de la ligne de transmission du signal a également une certaine influence sur la réflexion. La simulation a révélé que le phénomène de réflexion prédit se produit lorsque la ligne de transmission est longue; Lorsque la ligne de transmission est courte, la forme d'onde simulée correspond mieux aux résultats de l'analyse. Par conséquent, les longueurs de câblage sont différentes et leur traitement devrait également être différent. En général, si la longueur de la trace est inférieure à 2 pouces, elle est considérée comme un circuit de paramètre total LC; S'il est supérieur à 8 pouces, il est considéré comme un circuit de ligne de transmission de paramètres distribués.

Analyse du retard

Avec l'augmentation de la fréquence de fonctionnement du système, les retards de câblage ne sont plus négligés lorsque le front montant ou descendant du signal est très raide. Il joue un rôle essentiel dans l'établissement et la maintenance du signal et peut même affecter la synchronisation du système et provoquer des erreurs de fonctionnement, il doit donc être pris en compte. La conception de circuits à grande vitesse MCM exige que les écarts de phase des puces mémoire ne soient pas trop importants, de sorte que les retards de câblage de l'extrémité de conduite à l'extrémité de réception devraient être à peu près égaux. La longueur de la ligne de signal a une grande influence sur la qualité de transmission et peut entraîner des distorsions du signal pendant la transmission. La qualité de transmission du signal se dégrade à mesure que la longueur de la ligne augmente. Pour les lignes de signal trop longues, des méthodes d'adaptation de la source ou de l'extrémité devraient être utilisées pour améliorer la qualité de transmission. À l'aide d'un outil de simulation de l'intégrité du signal, il est facile de simuler le retard du bout du conducteur à chaque puce, puis d'ajuster la disposition et le câblage en fonction des résultats de la simulation pour répondre aux exigences prédéterminées.

Chaque signal du détecteur doit conserver autant que possible le même retard de transmission, ce qui nécessite une longueur de câblage aussi uniforme que possible. Pour de légères différences, le câblage peut être prolongé ou raccourci en fonction des résultats de la simulation. Une fois le câblage terminé, utilisez le logiciel Spectra Quest pour simuler le retard de transmission du signal d'entrée. Les paramètres spécifiques sont présentés dans le tableau 2. On voit que le retard relatif ne dépasse pas 0,2 ns et que les résultats de simulation sont idéaux.

Analyse EMI

La réflexion et le retard du signal dans le domaine temporel ont été analysés ci - dessus et, en outre, l'EMI (interférence électromagnétique) est un aspect important de la conception de circuits à grande vitesse.

Les perturbations électromagnétiques comprennent le rayonnement électromagnétique excessif et la sensibilité au rayonnement électromagnétique. Des fréquences de fonctionnement trop élevées, des changements de signal trop rapides ou une disposition et un câblage déraisonnables peuvent provoquer des effets d'interférence électromagnétique. La simulation EMI du circuit détecteur est réalisée avant et après adaptation des bornes en modifiant la stratégie de câblage. Le bruit généré par le signal est constant de 0 à 2 GHz, dans une large gamme, et l'intensité du rayonnement n'est pas la même à chaque fréquence. L'intensité du rayonnement à certaines fréquences dépasse la limite, c'est - à - dire que les perturbations électromagnétiques du signal à cette fréquence dépassent déjà la capacité de résistance du système. Dans cette mesure, des mesures devraient être prises pour réduire son niveau de rayonnement. Le contrôle d'impédance est effectué selon la méthode décrite ci - dessus et la longueur de câblage est minimisée. On voit que les ondes fréquentielles qui dépassent la limite sont tombées en dessous de l'horizontale, que l'intensité du rayonnement a diminué à chaque point de fréquence et que l'intensité du rayonnement a diminué dans son ensemble. Cela montre que pour la transmission du signal, la modification de la longueur de câblage et l'ajout d'un réseau de terminaux adaptés appropriés améliorent non seulement les caractéristiques de transmission du signal, mais réduisent également l'intensité du rayonnement électromagnétique et améliorent la qualité du signal.

Mot de fin

Lors de la conception de circuits à grande vitesse, l'intégrité du signal et l'analyse de simulation EMI des fonctions du système sont d'abord effectuées à l'aide d'un modèle de dispositif précis pour déterminer la disposition du circuit, puis des simulations sont effectuées pour améliorer le réseau de câblage jusqu'à ce que des résultats de câblage satisfaisants soient obtenus. Cette conception est principalement basée sur la technologie de conception de disposition MCM, combinée à des exemples de boîtier de détecteur, analysant analogiquement les problèmes de réflexion, de latence et d'EMI de la disposition MCM et du câblage dans le domaine temporel et fréquentiel, avec de bons résultats.