a.采用SignalExplorer工具进行预布局分析并提取重要节点。

随着电路板的日益复杂化,预布局分析和设计规则设置越来越重要。采用SpecctraQuest电路图提取工具,SignalExplorer能够根据电路参数变化进行预布局分析,并能够将重要的网络节点提取到电路浏览器当中,从而对布线和版图后期设计进行检查。与许多其它的电路级仿真工具一样,SpecctraQuest的缺点之一是缺乏详细的建模能力,换言之,IBIS模型是唯一可以采用的器件模型。因此,在SignalExplorer中进行分析之前,必须可靠地评估行为模型。

采用SignalExplorer可以解决下列问题:评估电路板分层的几何尺寸、估计趋肤效应和介质引起的损耗、给出高速数据/时钟容许的线长的设计规则、给出控制耦合的线间距、给出终端类型和数值以及所有差分对的最大失配长度。经验表明,从上述仿真获得的设计规则能为工程布局和布线提供有价值的指南,从而极大地缩短设计周期并降低设计风险。

b.损耗和补偿

趋肤效应和介质损耗通常被认为是千兆数据传输板设计面临的主要问题。趋肤效应决定线的宽度,介质损耗决定于构成PCB的材料。要解决这两个基本问题,板级仿真器必须具备处理具有频率独立参数的有损传输线的能力,SpecctraQuest就满足这个要求。仿真和测量结果表明,在GHz频段介质损耗占主要地位。

在通信系统中,高速数据要经过长的导线传输,因而很容易受到介质损耗的影响而发生畸变。克服这种损耗影响的一个方法是采用均衡器和预加重器。均衡方法有几种可供选择,本文只讨论采用无源元件的均衡电路。而因为大多数器件都内建了均衡电路,IBIS类模型很难对其补偿。

通过把无源元件从器件中分离出来放到电路板上,我们可以对均衡效应进行仿真。利用SpecctraQuest分析修改后的网表,可以获得均衡器应用的通用指南。

当介质的影响不大时,均衡器不应该发生作用。均衡器的作用是补偿长互连线上的高频成分损失。预加重可能会导致较短互连线的眼图变坏。随着互连线的增长,FR4板材的介质损耗会越来越大。信号的高频成分(对应于陡峭的上升/下降沿)会消失,低频成分则被保留下来。为了有效地使用预加重功能,必须首先估算信号传输路径上互连线的长度,然后决定是否采取补偿措施。对所有传输高速率的互连线都采取预加重处理并不是最优化的。

表1比较了2.5Gbps信号通过不同长度的差分互连线时,预加重器处于开/关两种状态下眼图窗口和抖动的差异。

c. GHz频段的耦合

在数据率低于Gbps的时候,耦合一直是PCB设计中影响噪声指标的主要因素。由于耦合信号的频率成分比入侵信号的频率成分更高,所以其损耗比原始的Gbps信号受到的损耗要大,自然对噪声指标的影响就降低了。