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高速PCB設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法
隨著器件工作頻率越來(lái)越高,高速PCB設(shè)計(jì)所面臨的信號(hào)完整性等問(wèn)題成為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)瓶頸,工程師在設(shè)計(jì)出完整的解決方案上面臨越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。盡管有關(guān)的高速仿真工具和互連工具可以幫助設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)師解決部分難題,但高速PCB設(shè)計(jì)中也更需要經(jīng)驗(yàn)的不斷積累及業(yè)界間的深入交流。
下面列舉的是其中一些廣受關(guān)注的問(wèn)題。
布線拓樸對(duì)信號(hào)完整性的影響
當(dāng)信號(hào)在高速PCB板上沿傳輸線傳輸時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生信號(hào)完整性問(wèn)題。意法半導(dǎo)體的網(wǎng)友tongyang問(wèn):對(duì)于一組總線(地址,數(shù)據(jù),命令)驅(qū)動(dòng)多達(dá)4、5個(gè)設(shè)備(FLASH、SDRAM等)的情況,在PCB布線時(shí),是總線依次到達(dá)各設(shè)備,如先連到SDRAM,再到FLASH……還是總線呈星型分布,即從某處分離,分別連到各設(shè)備。這兩種方式在信號(hào)完整性上,哪種較好?
對(duì)此,李寶龍指出,布線拓?fù)鋵?duì)信號(hào)完整性的影響,主要反映在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上信號(hào)到達(dá)時(shí)刻不一致,反射信號(hào)同樣到達(dá)某節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻不一致,所以造成信號(hào)質(zhì)量惡化。一般來(lái)講,星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以通過(guò)控制同樣長(zhǎng)的幾個(gè)分支,使信號(hào)傳輸和反射時(shí)延一致,達(dá)到比較好的信號(hào)質(zhì)量。在使用拓?fù)渲g,要考慮到信號(hào)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)情況、實(shí)際工作原理和布線難度。不同的Buffer,對(duì)于信號(hào)的反射影響也不一致,所以星型拓?fù)洳⒉荒芎芎媒鉀Q上述數(shù)據(jù)地址總線連接到FLASH和SDRAM的時(shí)延,進(jìn)而無(wú)法確保信號(hào)的質(zhì)量;另一方面,高速的信號(hào)一般在DSP和SDRAM之間通信,F(xiàn)LASH加載時(shí)的速率并不高,所以在高速仿真時(shí)只要確保實(shí)際高速信號(hào)有效工作的節(jié)點(diǎn)處的波形,而無(wú)需關(guān)注FLASH處波形;星型拓?fù)浔容^菊花鏈等拓?fù)鋪?lái)講,布線難度較大,尤其大量數(shù)據(jù)地址信號(hào)都采用星型拓?fù)鋾r(shí)。
焊盤(pán)對(duì)高速信號(hào)的影響
在PCB中,從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看一個(gè)過(guò)孔主要由兩部分組成:中間的鉆孔和鉆孔周?chē)暮副P(pán)。有名為fulonm的工程師請(qǐng)教嘉賓焊盤(pán)對(duì)高速信號(hào)有何影響,對(duì)此,李寶龍表示:焊盤(pán)對(duì)高速信號(hào)有影響,其影響類(lèi)似器件的封裝對(duì)器件的影響。詳細(xì)的分析,信號(hào)從IC內(nèi)出來(lái)以后,經(jīng)過(guò)邦定線、管腳、封裝外殼、焊盤(pán)、焊錫到達(dá)傳輸線,這個(gè)過(guò)程中的所有關(guān)節(jié)都會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量。但實(shí)際分析時(shí),很難給出焊盤(pán)、焊錫加上管腳的具體參數(shù)。所以一般就用IBIS模型中的封裝的參數(shù)將他們都概括了,當(dāng)然這樣的分析在較低的頻率上可以接收,但對(duì)于更高頻率信號(hào)更高精度仿真就不夠精確?,F(xiàn)在的一個(gè)趨勢(shì)是用IBIS的V-I、V-T曲線描述Buffer特性,用SPICE模型描述封裝參數(shù)。
下面列舉的是其中一些廣受關(guān)注的問(wèn)題。
布線拓樸對(duì)信號(hào)完整性的影響
當(dāng)信號(hào)在高速PCB板上沿傳輸線傳輸時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生信號(hào)完整性問(wèn)題。意法半導(dǎo)體的網(wǎng)友tongyang問(wèn):對(duì)于一組總線(地址,數(shù)據(jù),命令)驅(qū)動(dòng)多達(dá)4、5個(gè)設(shè)備(FLASH、SDRAM等)的情況,在PCB布線時(shí),是總線依次到達(dá)各設(shè)備,如先連到SDRAM,再到FLASH……還是總線呈星型分布,即從某處分離,分別連到各設(shè)備。這兩種方式在信號(hào)完整性上,哪種較好?
對(duì)此,李寶龍指出,布線拓?fù)鋵?duì)信號(hào)完整性的影響,主要反映在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上信號(hào)到達(dá)時(shí)刻不一致,反射信號(hào)同樣到達(dá)某節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻不一致,所以造成信號(hào)質(zhì)量惡化。一般來(lái)講,星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以通過(guò)控制同樣長(zhǎng)的幾個(gè)分支,使信號(hào)傳輸和反射時(shí)延一致,達(dá)到比較好的信號(hào)質(zhì)量。在使用拓?fù)渲g,要考慮到信號(hào)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)情況、實(shí)際工作原理和布線難度。不同的Buffer,對(duì)于信號(hào)的反射影響也不一致,所以星型拓?fù)洳⒉荒芎芎媒鉀Q上述數(shù)據(jù)地址總線連接到FLASH和SDRAM的時(shí)延,進(jìn)而無(wú)法確保信號(hào)的質(zhì)量;另一方面,高速的信號(hào)一般在DSP和SDRAM之間通信,F(xiàn)LASH加載時(shí)的速率并不高,所以在高速仿真時(shí)只要確保實(shí)際高速信號(hào)有效工作的節(jié)點(diǎn)處的波形,而無(wú)需關(guān)注FLASH處波形;星型拓?fù)浔容^菊花鏈等拓?fù)鋪?lái)講,布線難度較大,尤其大量數(shù)據(jù)地址信號(hào)都采用星型拓?fù)鋾r(shí)。
焊盤(pán)對(duì)高速信號(hào)的影響
在PCB中,從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看一個(gè)過(guò)孔主要由兩部分組成:中間的鉆孔和鉆孔周?chē)暮副P(pán)。有名為fulonm的工程師請(qǐng)教嘉賓焊盤(pán)對(duì)高速信號(hào)有何影響,對(duì)此,李寶龍表示:焊盤(pán)對(duì)高速信號(hào)有影響,其影響類(lèi)似器件的封裝對(duì)器件的影響。詳細(xì)的分析,信號(hào)從IC內(nèi)出來(lái)以后,經(jīng)過(guò)邦定線、管腳、封裝外殼、焊盤(pán)、焊錫到達(dá)傳輸線,這個(gè)過(guò)程中的所有關(guān)節(jié)都會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量。但實(shí)際分析時(shí),很難給出焊盤(pán)、焊錫加上管腳的具體參數(shù)。所以一般就用IBIS模型中的封裝的參數(shù)將他們都概括了,當(dāng)然這樣的分析在較低的頻率上可以接收,但對(duì)于更高頻率信號(hào)更高精度仿真就不夠精確?,F(xiàn)在的一個(gè)趨勢(shì)是用IBIS的V-I、V-T曲線描述Buffer特性,用SPICE模型描述封裝參數(shù)。