【導讀】高速數字係統設計成功的關鍵在於保持信號的完整
，而影響信號完整性(即信號質量)的因素主要有傳輸線的長度、電阻匹配及電磁幹擾

、串擾等。

設計過程中要保持信號的完整性必須借助一些仿真工具，仿真結果對PCB布線產生指導性意見，布線完成後再提取網絡，對信號進行布線後仿真，仿真沒有問題後才能送出加工。目前這樣的仿真工具主要有cadence、ICX、Hyperlynx等。Hyperlynx是個簡單好用的工具，軟件中包含兩個工具LineSim和BoardSim。LineSim用在布線設計前約束布線和各層的參數、設置時鍾的布線拓撲結構、選擇元器件的速率、診斷信號完整性，並盡量避免電磁輻射及串擾等問題。BoardSim用於布線以後快速地分析設計中的信號完整性、電磁兼容性和串擾問題，生成串擾強度報告，區分並解決串擾問題。作者使用LineSim工具
，對信號的阻抗匹配
、傳輸線的長度

、串擾進行了仿真分析，並給出了指導性結論。

    高(gao)速(su)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)，如(ru)果(guo)匹(pi)配(pei)不(bu)好(hao)，信(xin)號(hao)會(hui)產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)上(shang)衝(chong)和(he)下(xia)衝(chong)現(xian)象(xiang)
，如(ru)果(guo)幅(fu)度(du)超(chao)過(guo)了(le)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)的(de)閾(yu)值(zhi)
，就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)誤(wu)碼(ma)。阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)有(you)串(chuan)行(xing)端(duan)接(jie)和(he)並(bing)行(xing)端(duan)接(jie)兩(liang)種(zhong)，由(you)於(yu)串(chuan)行(xing)端(duan)接(jie)功(gong)耗(hao)低(di)並(bing)且(qie)端(duan)接(jie)方(fang)便(bian)
，實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)中(zhong)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)串(chuan)行(xing)端(duan)接(jie)。以(yi)下(xia)利(li)用(yong)Hyperlynx仿真工具對端接電阻的影響進行了分析。以74係列建立仿真IBIS模型如圖1所示。仿真時選擇一個發送端一個接收端

，傳輸線為帶狀線
，設置線寬0.2mm和介電常數為4.5(常用的FR4材料)，使傳輸線的阻抗為51.7Ω。設置信號頻率為50MHz的方波，串行端接電阻Rs分別取0Ω
、33Ω和100Ω的情況，進行仿真分析，仿真結果如圖2所示。

    圖中分別標出了匹配電阻是0Ω、33Ω、100Ω時接收端的信號波形。從波形看出

，0Ω時波形有很大的上衝和下衝現象

，信號最差；100Ω時信號衰減較大
，方波幾乎變成了正弦波；而匹配電阻是33Ω時波形較好。理想的匹配電阻值，可以利用軟件的terminatorWizard工具
，自動根據器件的參數模型算出最佳匹配電阻為33.6Ω，實際應用中可以選用33Ω。利用仿真和器件的IBIS模型，可以很精確地知道匹配電阻值的大小，從而使信號完整性具有可控性。

圖1　74係列仿真模型

圖2　不同串行端接電阻的仿真結果 

    在高速數字電路的設計中，除了阻抗匹配外，部分器件對傳輸線的長度有著嚴格的要求，信號頻率越高，要求傳輸線的長度越短。以X1器件和X2器件為例建立仿真模型如圖3所示。在仿真模型中加了33Ω的匹配電阻，選擇仿真信號頻率為66MHz方波，改變傳輸線長度分別為76.2mm和254mm時進行仿真。仿真結果如圖4所示。

圖3　X1、X2器件仿真模型

圖4　不同長度傳輸線仿真結果  

表1　LVDS

、ECL
、PECL邏輯標準對照表

 

圖5　LVDS電路仿真結果

    由於頻率的提高，傳輸線之間的串擾明顯增大，對信號完整性也有很大的影響，可以通過仿真來預測
、模擬，並采取措施加以改善。以CMOS信號為例建立仿真模型，如圖6所示。在仿真時設置幹擾信號的頻率為66MHz的方波，被幹擾者設置為零電平輸入，通過調整兩根線的間距和兩線之間平行走線的長度來觀察被幹擾者接收端的波形。仿真結果如圖7，分別為間距是203.2mm
、406。4mm時的波形。

圖6　串擾模型

 

圖7　不同間距的串擾仿真結果

    在zai高gao速su數shu字zi電dian路lu設she計ji中zhong
，不bu用yong仿fang真zhen而er隻zhi憑ping傳chuan統tong的de設she計ji方fang法fa或huo經jing驗yan很hen難nan預yu測ce和he保bao證zheng信xin號hao完wan整zheng性xing，仿fang真zhen已yi成cheng為wei高gao速su信xin號hao設she計ji的de必bi要yao手shou段duan，利li用yong仿fang真zhen可ke以yi預yu測ce信xin號hao的de傳chuan輸shu情qing況kuang
，從cong而er提ti高gao係xi統tong的de可ke靠kao性xing。




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