數(shù)字信號處理系統(tǒng)中的電磁兼容問題

5 利用EDA工具設計DSPs時應考慮的幾個電磁兼容問題

高速數(shù)字電路的設計一方面需要設計人員的經(jīng)驗，另一方面需要優(yōu)秀的EDA工具的支持，EDA軟件己走向了多功能、智能化。在早期的電路板設計工具中，布局有專門的布局軟件，布線也有專門的布線軟件，兩者之間沒什么聯(lián)系。隨著球柵陣列封裝的高密度單芯片、高密度連接器、微孔內(nèi)建技術(shù)以及3D板在印刷電路板設計中的應用，布局和布線已越來越一體化了，并成為了設計過程的重要組成部分。自動布局和自由角度布線等軟件技術(shù)已漸漸成為解決這類高度一體化問題的重要方法，利用此類軟件能在規(guī)定時間范圍內(nèi)設計出可制造的電路板。在目前，由于產(chǎn)品上市時間越來越短，手動布線極為耗時，己不能適應要求。因此，現(xiàn)在要求布局布線工具具有自動布線功能，以快速響應市場對產(chǎn)品設計提出的更高要求。但是，在利用EDA工具設計DSPs時，要特別注意下面幾個電磁兼容問題。

5.1 采用自動布線技術(shù)
由于要考慮電磁兼容及電磁干擾、串擾、信號延遲和差分對布線等高密度設計因素，布局布線的約束條件每年都在增加。例如：在幾年前，一般的電路板僅需6個差分對來進行布線，而現(xiàn)在則需600對。在一定時間內(nèi)僅依賴手動布線來實現(xiàn)這600對布線是不可能的，因此自動布線工具是必不可少的。盡管與幾年前相比，當今設計中的節(jié)點(net)數(shù)目沒有大的改變，只是硅片復雜性有所增加，但是設計中重要節(jié)點的比例大大增加了。當然，對于某些特別重要的節(jié)點，要求布局布線工具能夠加以區(qū)分，但無需對每個管腳或節(jié)點都加以限制。

5.2 采用自由角度布線技術(shù)應注意的方法
隨著單片器件上集成功能的增加，其輸出管腳數(shù)目也大大增加了，但其封裝尺寸并沒隨之擴大，再加上管腳間距和阻抗因素的限制。因此，這類器件必須采用更細的線寬。同時，由于產(chǎn)品尺寸的總體減小，意味著用于布局布線的空間也大大減小了。在某些DSPs產(chǎn)品中，底板的大小與其上的器件大小相差無幾，元器件占據(jù)的板面積高達80%。某些高密度元器件管腳交錯，即使采用具45°布線功能的工具也無法進行自動布線。盡管45°布線工具能對某些恰成45°的線段進行完美的處理，但自由角度布線工具具有更大的靈活性，并能最大限度地提高布線密度。它的拉緊(pull-tight)功能使每個節(jié)點在布線后自動縮短，以適應空間要求。它能大大降低信號延遲，同時降低平行路徑數(shù)，有助于避免串擾的產(chǎn)生。利用自由角度布線技術(shù)能使設計具有可制造性，并且設計的電路性能良好。
5.3 對高密度器件應采用的技術(shù)
最新的高密度系統(tǒng)級芯片采用BGA或COB封裝，管腳間距日益減小，球間距已低至1mm，并且還會繼續(xù)降低。這樣就導致封裝件信號線不可能采用傳統(tǒng)布線工具來引出。目前有兩種方法可解決這個問題：（1）通過球下面的孔，將信號線從下層引出；（2）采用極細布線和自由角度布線，在球柵陣列中找出一條引線通道。對高密度器件而言，采用寬度和空間極小的布線方式是唯一可行的方法，因為只有這樣，才能保證較高的成品率?，F(xiàn)代的布線技術(shù)也要求能自動地應用這些約束條件。自由布線方法可減少布線層數(shù)，降低產(chǎn)品成本。同時也意味著在成本不變的情況下，可以增加一些接地層和電源層來提高信號的完整性和EMC性能。
5.4 采用其它新的電路板設計、制作技術(shù)

微孔等離子蝕刻技術(shù)在DSPs中的多層板工藝制作中的應用，大大提高了布局、布線工具的性能。應用等離子蝕刻法在路徑寬度內(nèi)添加一個新孔，不會導致底板本身及制造成本的增加。因為，采用等離子蝕刻法制作一千個孔的成本與制作一個孔的成本一樣低廉(這與激光鉆孔法大不一樣)。這就要求布線工具具有更大的靈活性，它必須能夠應用不同的約束條件，能適應不同的微孔和構(gòu)建技術(shù)的要求。元器件密度的不斷增加也對布局設計產(chǎn)生了某些影響，布局布線工具總是假設板上有足夠的空間讓元器件釋放機來釋放表面，以便安裝新的元器件，且不會對板上已有元器件產(chǎn)生影響。但是元器件順序放置會產(chǎn)生這樣一個問題，即每當放置一個新的元器件后，板上每個元器件的最佳位置都會發(fā)生改變。這就是布局設計過程的自動化程度低而人工干預程度高的原因。盡管目前的布局工具對依次布局的元器件數(shù)沒什么限制，但是某些技術(shù)人員認為布局工具用于依次布局時實際上是受到限制的，這個限制大約為500個元器件。還有一些技術(shù)人員認為當在一個板上放置的元器件多達4,000個時，會產(chǎn)生很大的問題。同順序算法技術(shù)相比，并行布局技術(shù)能實現(xiàn)更好的自動布局效果。

5.5 利用三維布局工具

3D工具主要用于目前應用日益廣泛的異形和定形板的布局、布線工作。如 Zuken的Freedom最新工具，它先采用三維底板模型來進行元件的空間布局，再進行二維布線。布線過程還能告知：該板是否具備可制造性。布線工具還必須能處理在兩個不同層上采用陰影差分對的設計方法，因為這種設計方法己變得日益重要了。而且隨著信號頻率的繼續(xù)提高，目前己出現(xiàn)了將布局、布線工具同用于虛擬原型的高級仿真工具集成起來的工具，如Zuken的Hot Stage工具。所以即使在虛擬原型階段也能對布線問題進行考慮?，F(xiàn)在，自動布線技術(shù)已極為普及。我們相信，自由角度布線、自動布局和3D布局等新型軟件技術(shù)也會同自動布線技術(shù)一樣成為底板設計人員的常用設計工具，設計人員可用這些新工具來解決微孔和單片高密度集成系統(tǒng)中的電磁兼容等新型技術(shù)問題[4]。

6 結(jié) 束 語

電磁兼容技術(shù)涉及的頻率范圍寬達0-400GHz，研究對象除傳統(tǒng)設施外，涉及從芯片級，到各型艦船、航天飛機、洲際導彈，甚至整個地球的電磁環(huán)境。電磁兼容技術(shù)也是DSP系統(tǒng)設計所要考慮的重要問題，應采用適當?shù)慕翟爰夹g(shù)使DSP系統(tǒng)符合EMC標準，它的電磁兼容性是作為重點研究并且有鮮明特點的領(lǐng)域。許多國家不僅各自加強這方面的研究，還成立了國際性的機構(gòu)，以便交流和統(tǒng)一規(guī)范。我國已加入WTO，如果電磁兼容指標達不到國際標準的要求，生產(chǎn)的產(chǎn)品就沒有競爭力，不能打入國際市場，在國內(nèi)也沒有銷路。因此，在己進入了二十一世紀的今天，解決好電氣、電子產(chǎn)品（包括DSP系統(tǒng)）的電磁兼容問題，有效的提高產(chǎn)品質(zhì)量，使其成為綠色產(chǎn)品，已刻不容緩。