MCM高速电路布局布线设计的信号完整性分析-图文

19ElectronicDesign&ApplicationWorld-NikkeiElectronicsChina图1MCM布局布线设计流程图图2检测器电路原理图图3APD布局布线(CCT布线后随着集成电路工艺技术的发展,多芯片组件工作速度越来越高,高速信号的处理已成为MCM电路设计能否成功的关键。当时钟信号的上升沿或下降沿很小时,就会导致传输线效应,即出现信号完整性问题。本设计按照图1所示的MCM布局布线设计流程,以检测器电路为例,详细阐述了利用信号完整性分析工具进行MCM布局布线设计的方法。首先对封装零件库加以扩充,以满足具体电路布局布线设计的需要;然后利用APD(AdvancedPackageDesigner软件直接调用零件封装符号,完成电路初步的布局布线设计;最后结合反射、延时和电磁兼容等信号完整性仿真分析结果进行反复调整,改进后的电路布局布线减小了信号的反射,输入信号的相对延时不超过0.2ns,电磁干扰现象也得到了抑制,满足信号完整性要求。MCMMCM布局布线的实成、LayouPadstack(MechanMCMMCM设计要求,件库后,出。ConceptHDL给APD软件导出电连MCM高速电路布局布线设计的信号完整性分析■西安电子科技大学微电子所畅艺峰杨银堂柴常春2004.5电子设计应用20表1图6和图7波形所对应的具体参数表2SpectraQuest软件仿真的相关引脚对间的传输延时(X1-X8为输入信号引脚信号线图4匹配端接前的反射仿真波形图6长线的反射仿真波形图5匹配端接后的反射仿真波形图7短线的反射仿真波形因此,采用ConceptHDL软件来导出网表文件,然后提取网线拓扑结构进行仿真。为减少仿真时间,采用分模块仿真方法。仿真分析IBIS模型SpectraQuest和其他电路分析的电气模型。SpectraQuest软件使用的是IBIS模型。IBIS(输入/输出缓冲信息规范模型采用I/V和V/T表的形式来描述I/O单元和引脚的特性,是一种基于V/I曲线的对I/OBUFFER快速准确建模的方法。它提供一种标准的文件格式来记录如驱动器或接收器输出阻抗、上升/下型具有信号完整性分析所需要的信息,非常适合做振荡和串扰等高频效应的计算与仿真。SpectraQuest内部的Sigxplorer接受IBIS模型,然后将其转换为独特的设计模型化语言DML,以完成复杂I/O结构的建模。而且,Sigxplorer中的ConstraintManager21ElectronicDesign&ApplicationWorld-NikkeiElectronicsChina(1(2式中,R为源阻抗,Z为传输线的242004.5电子设计应用24为40MHz,相当于雷达系统工作时接收信号的频率。波形为正弦波。首先使TR保持在高电平状态,即AD603处于正常放大的工作状态,测试得到结果如表1所示。然后使TR保持在低电平状态,即AD603处于衰减器的工作状态,测试得到结果如表2所示。需要注意的是,当TR为低电平的时候,因为此时开关前级关闭,AD603VINP端;而当TR前级测试时INPUT端,由于前级开存在一定的差损,所以AD603的输出电压比正常情况下低。结语由测试结果可知,AD603在TR的控制下可以很好地进行放大与衰减工作。将AD603运用在雷达系统中,可以得到相对于原来信噪比16dB的改善。只需在额定范围内改变MAX4556的NO1与NC1上的电压,图3基准电压源电路就能得到不同的信噪比改善。需要注意,在+5V供电情况下,加在输入端VINP的额定电压有效值应为±1V,峰值为±1.4V,最大不得超过±2V。可见,通过使用AD603对IOBSS雷达系统开关的改进,使雷达的信号处理能力有一定的提高,增强了系统的适用性和稳定性。■参考文献1ANALOGDEVICE,INC,Lownoise,90MHz,Variable-gainAmplifierAD603,20002MAXIM,Force-SenseSwitches,MAX4556,20003ANALOGDEVICE,INC,AmplifierReferenceManual,1996电磁辐射和对电磁辐射的敏感性两方面,工作频率太高、信号变化太快或布局布线不合理等都会引起电磁干扰效应。分别对改变布线策略,增加终端匹配前、后的检测器电路进行EMI仿真。图8为布局布线调整前的仿真波形,垂直条长度指信号在该频率的电磁辐射强度,横线指系统可承受的最大辐射强度。从图中可以看到,信号所产生的噪声从0延续到2GHz,范围很宽,而且每个频率的辐射强度不尽相同,某些频率的辐射强度超出了限制,即信号在该频率的电磁干扰已经超出系统所能承受的程度,应该采取措施降低其辐射水平。按照前述的方法进行阻抗控制,并尽量减小布线长度,重新仿真的结果如图9所示。可以看到,超过限制的频率波已降到横线以下,并且各频率点的辐射强度均有所下降,整个辐射强度都有所降低。这说明,对于传输信号,改变布线长度和增加适当的匹配端接网络,不仅改善了信号的传输特性,也降低了电磁辐射强度,提高了信号的质量。结语高速电路设计时,首先利用精确的器件模型对系统功能进行信号完整性和EMI仿真分析,以此来确定电路的布局布线,然后再进行仿真,对布线网络加以改进,直至得到满意的布线结果。本设计主要对MCM布局布线设计技术,结合检测器封装实例,分别在时域和频域对MCM布局布线时的反射、延时和EMI等问题进行了仿真和分析,取得了较好的效果。■参考文献1葛宝珊等,高速数字系统中信号完整性和传输延时分析,计算机工程与设计,Vol.24No.22003:p8-112李新等,利用CadenceAllegro进行PCB级的信号完整性仿真,现代电子技术,2002年第6期:p83-853杨邦朝等,多芯片组件(MCM技术及其应用,电子科技大学出版社