高速數字電路的信號完整性與電磁兼容性設計

3 高速數字電路設計仿真舉例
在一個(gè)已有的PCB板上分析和發(fā)現信號完整性問(wèn)題是一件非常困難的事情，即使找到了問(wèn)題，在一個(gè)已成形的板上實(shí)施有效的解決辦法也會(huì )花費大量時(shí)間和費用。所以我們期望能夠在物理設計完成之前查找、發(fā)現，并在電路設計過(guò)程中消除或改善信號完整性問(wèn)題，這就是EDA工具需要完成的任務(wù)。先進(jìn)的EDA信粵完整性工具可以仿真實(shí)際物理設計中的各種參數，對電路中的信號完整性問(wèn)題進(jìn)行深入細致的分析。
新一代的EDA信號完整性工具主要包括布線(xiàn)前／后SI分析工具和系統級SI分析工具等。使用布線(xiàn)前SI分析工具可以根據設計對信號完整性與時(shí)序的要求，在布線(xiàn)前幫助設計者選擇元器件、調整元器件布局、規劃系統時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò )和確定關(guān)鍵線(xiàn)網(wǎng)的端接策略。SI分析與仿真工具不僅可以對一塊PCB板的信號流進(jìn)行分析，而且可以對同一系統內其他組成部分(如背板、連接器、電纜及其接口)進(jìn)行分析，這就是系統級的SI分析工具。
針對系統級評價(jià)的SI分析工具可以對多板、連接器、電纜等系統組成元件進(jìn)行分析，并可通過(guò)設計建議來(lái)幫助設計者消除潛在的SI問(wèn)題，它們一般都包括IBIS模型接口、2維傳輸線(xiàn)與串擾仿真、電路仿真、SI分析結果的圖形顯示等功能。這類(lèi)工具可以在設計包含的多種領(lǐng)域，如電氣、EMC、熱性能及機械性能等方面，綜合考慮這些因素對SI的影響及這些因素之間的相互影響，從而進(jìn)行真正的系統級分析與驗證。例如Mentor Graphics公司的HyperLynix、ICX設計工具可以在時(shí)序與電氣規則的驅動(dòng)下進(jìn)行板級仿真和信號線(xiàn)的線(xiàn)級仿真，并提供多板分析功能，是典型的系統級SI工具。

圖2是使用HyperLynix進(jìn)行PCB信號完整性分析時(shí)設計修改前后的對比圖，以及相應EMC／EMI的改善情況。
圖2(a)是沒(méi)有加入匹配電阻的情況，可以明顯看到輸出端A的波形有一個(gè)大的下沖(大約1 V左右)，而且波形最大幅度已經(jīng)達到4 V(I／O信號是3．3 V)，有很明顯的反射迭加現象。輸入端B的波形相當不好，由于反射造成的波形下沖和過(guò)沖點(diǎn)的信號幅值已經(jīng)接近門(mén)檻電平，這樣的時(shí)鐘信號很容易造成觸發(fā)器的錯誤操作。圖2(b)是在靠近源輸出端加入了一個(gè)47 Ω的匹配電阻后的波形，可以看到A和B的波形都有了明顯的改善。

結語(yǔ)
現在IC制造工藝在以摩爾速度飛速發(fā)展，對高速PCB設計提出了更高的要求。先進(jìn)的EDA仿真工具提供的各種仿真結果都非常接近真實(shí)情況，給高速數字電路設計起到了指導性的作用，使得設計的周期和反復性得到大大的減小，同時(shí)也使得電路的具體調試得到了理論性的指導。