随着个人计算机接口总线速度的提高，像信号反射、串扰和损耗等信号完整性问题经常困扰设计工程师，采用简单、直观的时域反射测量法(TDR)工具能够确保解决这些问题，但是首先要对主板连线、连接器和封装等互连组件提供准确的建模，本文介绍与此相关的各种设计考虑。 过去，人们并不太关注个人计算机接口总线问题，但是随着个人计算机微处理器和存储器之间接口总线速度的提高，设计工程师遇到一些前所未有的新问题，包括信号反射的增强、串扰和损耗等，为了确保存储系统正常工作，必须分析和解决上述问题。 为了确保信号通过计算机主板时信号失真最低，必须对处理器芯片组进行IBIS和SPICE仿真。这种仿真的准确性完全决定于对数字设计中主板连线、连接器和封装等互连组件建模的准确性，而采用简单、直观的时域反射测量法(TDR)工具可确保这些模型的准确性。 TDR测量方法 TDR示波器广泛用于信号完整性和互连特征测试。测试过程直观形象，TDR波形能够直观反映互连的物理结构(图1)。 在进行TDR测量时，设计工程师必须处理TDR波形中的多次反射(multiple reflection)问题。被测装置(DUT)如果具有若干阻抗层(计算机主板通常是如此)，这种多次反射就会使TDR示波器上的图像严重失真，但是，可采用一种阻抗反卷积算法来计算DUT的实阻抗图，并最大程度减小多次反射效应(图2)。 如图2所示，实阻抗图中消除了让设计工程师头痛的多次反射问题。设计工程师可以根据实阻抗图迅速将图2中波形起点处的电容和电感(CL)与板上的连接器对应起来，将波形中间的直线阻抗与具有不同阻抗的板上连线对应起来。 对计算机主板建模 实阻抗图为“处理器到存储器的接口”建模提供了可靠的基础，这种基于实阻抗图的模型必须足够准确以便预测沿主板传播的高速数字信号的潜在信号完整性问题。 掌握实阻抗图波形与传输线和集总参数模型之间的定性对应关系，就可以快速地对实阻抗图波形进行分割并计算出相应的模型。实阻抗图波形中用直线段部分表示，传输线采用具有适当阻抗和延迟的T型线单元来建模。在对模型进行计算时，必须注意阻抗图中给出的时延是指往返时延。将时延除以2就能得到精确的模型。集总参数组件的参数值可用下列公式计算出来： 其中t1和t2是阻抗图中集总参数段的边界时间。 有时，集总参数模型也适用于需要传输线模型的应用。 当信号上升时间较慢时，集总参数(电阻、电感和电容)模型足以表征互连线的特征。当互连线信号传播时间远远小于系统中信号上升时间时，就可以采用集总参数模型。最好是确保互连线信号传播时间比信号上升时间小1/5或1/6。 如图3所示将阻抗图波形分成若干段，每段代表一条传输线阻抗。按照图1对每段选择一个集总参数拓扑结构或分布参数拓扑结构。 生成存储模块模型后，必须将仿真和真实测量结果进行比较以验证模型的准确性。这是验证模型并确保实阻抗图被准确地划分成若干段所必须的步骤，而且每段都用恰当的集总参数拓扑结构或分布参数拓扑结构。 采用与实际器件上升时间一致的上升时间来验证模型至关重要。如果用大约35ps的TDR上升时间可能会使应用特别复杂，并且因开发时间太长而无法完成开发任务。对于Rambus模块，可以选用大于或等于100ps的上升时间来进行模型验证。 此外，要提取Rambus存储模块中不同时钟线路的模型，但是由于Rambus存储模块中不同时钟线在设计上一般采用松耦合，所以采用一种单线模型来表征这些线就足够了。参考文献中所提及的差分或耦合线模型也可用来表征线间的串扰和耦合。 对输入裸片及封装电容建模 裸片的输入电容可用来加载Rambus存储模块连线，并能有效降低其阻抗以提供一条阻抗完全匹配的路径。因此，了解输入裸片和封装电容相当重要。JEDEC4和IBIS5标准给出了计算封装寄生参数以及输入裸片参数的指南。 例如，在计算封装和裸片电容时，用一种夹具对封装引脚进行TDR测量，然后在无封装情况下用此夹具再次进行TDR测量。这两种波形差的积分值就是总的电容值(图4)。如上所述，这个值就是所要的渐近电容值(asymptotic capacitance)。在所计算的电容波形的末端读取此值，可以得到输入裸片和封装电容的值为3.5pF。 作者介绍：Dima Smolyansky是波兰TDA Systems产品营销经理，他具有9年的仪器和测量行业方面的经验，主要从事时域和频域网络分析系统方面的工作。获得过Oregon州大学的电子工程硕士学位和Kiev理工大学的工学硕士学位。 参考文献：1. M.J. Resso, B. Chia,“Accurate Measurements On High-Speed Rambus Traces Present Challenges,”Electronic Design, March20,2000 2. Smolyansky, Corey,“PCB Interconnect Characterization from TDR Measurements,” TDA Systems Application Note PCBD-0699-02, published in Printed Circuit Design, May 1999 3. Smolyansky, Corey,“Characterization of Differential Interconnects from TDR Measurements,”TDA Systems Application Note DIFF-1199, published in Microwave Journal, March2000 4.“Guidelines for Measurement of Electronic Package Inductance and Capacitance Model Parameters,”JEDEC Publications JEP-123 5.“I/O Buffer Accuracy Handbook，” EIA IBIS, Revision 2.0, April20,2000 6. L.A. Hayden, V.K. Tripathi,“Calibration Methods for Time Domain Network Analysis,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.41, No.3, March 1993, pp.415-421
|
