解決串行接口中的信號完整性問題(05-100)

• 　　阻抗不匹配造成的反射會導致形成差分對的信號線(圖2)出現(xiàn)過沖、下沖和振鈴,以及接收眼縮小。

　　布線層的變更、跳出路徑設(shè)計不當和連接器選擇不當也會造成信號中產(chǎn)生不匹配的人為干擾。串行RapidIO 接口的阻抗要求是100Ω差分。建議的構(gòu)造方法是采用邊緣耦合差分帶狀線(或稱共面帶狀線),圖3 顯示的正是這種方法,圖中同時提供了單端和差分阻抗的方程式。布線時應當最大限度地減少在不同層之間的轉(zhuǎn)換。除了BGA 襯墊之外,通常每個路徑最多允許兩個通路。

• 　　回流電流路徑的定義是電流回到出發(fā)點時經(jīng)過的路徑- 通過地層、電源層、其它信號路徑以及通過IC。返回路徑的完整性可通過繪制一個追蹤電流從驅(qū)動器經(jīng)信號導線到達接收器的環(huán)路來進行評估- 循環(huán)的區(qū)域越小,產(chǎn)生的自感應系數(shù)也越低。

　　以下設(shè)計規(guī)則適用于所有的返回路徑。

　　-不要通過參考層的裂口傳送受阻抗約束的信號。

　　-不要在參考層上傳送信號。

　　-更改信號層不能強迫返回路徑對參考層進行更改。如果必須對參考層進行更改,請從一個VSS 參考層更改到另一個VSS 參考層,并在盡可能接近信號通路的地方放置一個連接這兩個層的通路。此規(guī)則同樣也適用于從一個VCC 層到另一個VCC 層進行參考層更改。

　　-不要通過通路反面襯墊或插槽反面襯墊發(fā)送信號。

• 　　如果屬于不同信號組的路徑之間距離太近,則便會造成串音。在串行通訊鏈接中,結(jié)果就是由于抖動而造成接收眼閉合。出現(xiàn)這種情況也可能是因為路徑曲線實施不當,一部分信號采用短路徑(曲線的跳躍足),而主信號卻采用長路徑,從而引起路徑長度匹配出現(xiàn)問題。在非常密集的設(shè)計中,串音可以通過使用保護路徑來解決,在保護路徑中線路平行地到達信號路徑并連接到參考。
• 　　時鐘產(chǎn)生和緩沖可能會導致噪音,除非非常注意一些細節(jié),例如去耦和制造商的布局指南,這樣才能確保最高質(zhì)量的輸出。必須嚴格控制路徑的阻抗,以避免產(chǎn)生不希望的反射。設(shè)計的復雜性以及在電源層和地層引入布線間隙也可能會導致時鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生很高的噪音。
• 　　如果沒有為瞬時電流提供足夠的銅線或者去耦電容器的位置不當,那么便會造成電源分配。單端平行總線會在電源層和地層產(chǎn)生瞬時電流,從而產(chǎn)生噪音。
• 　　在高比特率系統(tǒng)中應當使用由專為高頻率和G 級應用而設(shè)計的電纜和連接器組成的互連。使用錯誤的類型或者電纜和連接器搭配不當將會降低信號的質(zhì)量,而且不能恢復。
• 　　在選擇組件時,必須選擇一家合適的制造商,其組件應該專為解決高速設(shè)計問題而設(shè)計。設(shè)備必須提供充足的功耗能力以及正確放置和分隔的地面連接,以避免芯片核心供應不穩(wěn)定,避免增加噪音,并利用有效的退耦策略進行補充。對于控制噪音來說,核心邏輯電源和地面同I/O電源和地面之間的分隔也是至關(guān)重要的。合適的設(shè)備加上優(yōu)秀的設(shè)計將有助于滿足高速要求,并使設(shè)計人員能夠有效地解決信號完整性問題。

 

　　圖3 建議的邊緣耦合差分帶狀線配置,圖中給出了單端阻抗Z0 和差分阻抗Zdiff 的方程式

 

　　圖4 Tsi568A串行RapidIO交換機接口的結(jié)構(gòu)圖

　　16端口串行交換機

　　Tundra Semiconductor 公司 Tsi568A是一種基于標準的高性能16 端口串行RapidIO交換機。RapidIO 是一種專為滿足當前和未來嵌入式應用需要而設(shè)計的點對點分組交換互連協(xié)議,它能夠在處理器、橋、遠程內(nèi)存或嵌入式應用中的數(shù)據(jù)層處理元素之間提供高速的串行互連。圖4 顯示了該設(shè)備的主要組件。

　　最典型的應用是無線嵌入式通訊(節(jié)點B、無線網(wǎng)絡(luò)控制器和媒體網(wǎng)關(guān))。

　　Tsi568A 專為實現(xiàn)最高的信號完整性標準而設(shè)計,它包含了低噪音邏輯核心和高性能倒裝芯片BGA 封裝等功能。

　　結(jié)語

　　只要遵循一些基本但是十分重要的設(shè)計原則,就能夠在系統(tǒng)中使用高頻率互連(例如RapidIO)而不會遇到傳統(tǒng)的信號完整性不佳的問題。如果能夠盡量縮短路徑和信號通道,采用地層進行屏蔽,或是彼此之間能夠保證物理隔離,并且能夠仔細避免阻抗不匹配,那么便可以輕松獲得良好的信號完整性?！?/p>