互連時序模型與布線長度分析

　　2.時序分析實例

　　2.1 MII接口

　　MII接口是最常用的百兆以太網(wǎng)PHY芯片與MAC間的接口，表1和表2分別是某百兆PHY芯片和某MPU內(nèi)部MAC的RX通道時序參數(shù)表。

　　表1某PHY芯片RX通道時序參數(shù)表

　　表2某MPU內(nèi)MAC RX通道時序參數(shù)表

　　通過表格可以看出，MAC側(cè)要求RXD、RX_DV和RX_ER信號對RX_CLK信號的建立與保持時間最小為8ns，也就是實際的建立與保持時間不得小于8ns.假設(shè)RXD、RX_DV與RX_CLK信號從PHY側(cè)到MAC側(cè)的延時完全相同，則在MAC側(cè)有：

　　傳輸?shù)臅r鐘周期為40ns;

　　最小的建立時間為40-tval =12ns;

　　最小的保持時間為thold = 10ns;

　　最小的建立時間和保持時間總和為22ns;

　　假設(shè)RXD、RX_DV和RX_ER信號對RX_CLK信號存在延時，則存在兩種極端情況：

　　當(dāng)延時導(dǎo)致建立時間達(dá)到最低要求，即當(dāng)相對延時為+4ns時，則在MAC側(cè)建立時間為8ns，保持時間為14ns;

　　當(dāng)延時導(dǎo)致保持時間達(dá)到最低要求，即當(dāng)相對延時為-2ns時，則在MAC側(cè)建立時間為14ns，保持時間為8ns;

　　假設(shè)MII接口走線在PCB表層，PCB板材為FR-4，可知信號傳輸速度大約為160ps/inch，綜合上述兩種情況，可以得出RXD、RX_DV和RX_ER相對RX_CLK的走線長度關(guān)系為：延遲+4ns時，RXD、RX_DV和RX_ER走線相對RX_CLK可以長：4000/160 * 2.54 = 63CM;延遲-2ns時，RXD、RX_DV和RX_ER走線相對RX_CLK可以短：2000/160 * 2.54 = 32CM;可見，對于MII的RX通道信號，可以無需考慮等長。

　　注意，時序關(guān)系不代表不需要考慮反射問題。當(dāng)信號在走線上的傳播和返回延時比信號的上升時間長時，就有必要考慮是否進(jìn)行終端阻抗匹配以抑制反射。

　　下面使用公式進(jìn)行計算，以對比理論分析和公式法的優(yōu)劣。為簡化計算，忽略公式(1)和公式(2)中的抖動因素Tjitter-clk和Tjitter-data，相關(guān)公式變?yōu)椋?/p>

　　(Tsetup)min + (Tco)max + (Tflt-data - Tflt-clk)max(Thold)min(6)

　　將表2和表3中的參數(shù)帶入公式(5)和公式(6)，得出：

　　10 - (Tco)minflt-data - Tflt-clk< 4

　　由于PHY芯片參數(shù)并沒有給出(Tco)min這個參數(shù)，所以公式無法得到最終結(jié)果。由于PHY芯片的最長輸出延時為28ns，最短保持時間為10ns，在此假設(shè)(Tco)min為12ns，則：

　　-2flt-data - Tflt-clk< 4

　　可分解為：

　　Tflt-data - Tflt-clk< 4

　　Tflt-clk-Tflt-data< 2

　　換算成長度就是：

　　Lflt-data - Lflt-clk<63CM

　　Lflt-clk -Lflt-data<32CM

　　可以看出，使用公式分析時有時會受到參數(shù)不全的制約，這時需要根據(jù)其他參數(shù)推斷出需要的參數(shù)。對比分析法和公式法，可以看出：分析法比較繁瑣，需要認(rèn)真分析時序關(guān)系，而公式法卻非常快捷。不過，公式法有時會受到參數(shù)的制約，得不到全面的結(jié)論。實際中，應(yīng)該兩種方法結(jié)合使用。

　　下面分析該PHY芯片和MAC間TX通道的時序。表3和表4分別是該百兆PHY芯片和MPU內(nèi)部MAC的TX通道時序參數(shù)表。

　　表3 某PHY芯片TX通道時序參數(shù)表

　　表4 某MPU內(nèi)MAC TX通道時序參數(shù)表

　　使用公式進(jìn)行計算，為簡化忽略公式(3)和公式(4)中的抖動因素Tjitter-clk和Tjitter-data，則相關(guān)公式變?yōu)椋?/p>

　　(Tsetup)min + (Tco)max + (Tflt-data)max + (Tflt-clk)min

　　< T

　　(Thold)min< (Tco)min + (Tflt-data)min + (Tflt-clk)max

　　帶入上述參數(shù)表中的參數(shù)，化簡得到：

　　Lflt-data + Lflt-clk< 47.625CM

　　假設(shè)MII走線在PCB表層，PCB材料為FR-4，走線傳輸速度為160ps/inch，綜合上述分析，可以得出TXD、 TXEN 分別和 TXCLK的走線之和不能大于47CM。實際布線中，本組走線應(yīng)當(dāng)越短越好。走線越短，則數(shù)據(jù)的建立時間越充足，保持時間越少。本實例中，恰好MAC側(cè)允許保持時間為0ns。