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基于HyperLynx的FPGA系統(tǒng)信號完整性仿真分析

作者: 時間:2011-05-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:針對目前高速電路發(fā)展帶來的信號完整性問題,在分析信號完整性要求的基礎(chǔ)上,借助仿真軟件,通過器件IBIS模型,對基于EP2C8和TMS320F2812組成的進(jìn)行信號完整性分析和仿真。基于反射原理來介紹減少反射的端接方法,利用大量的板前和板后仿真對設(shè)計方案進(jìn)行反復(fù)驗證。研究結(jié)果表明,可以解決該信號完整性方面存在的諸多問題,仿真結(jié)果給實際工程提供了借鑒。
關(guān)鍵詞:信號完整性;可編程邏輯器件;;IBIS模型

0 引言
隨著高速電路的不斷發(fā)展,時鐘頻率早已進(jìn)入吉赫茲時代,電路板尺寸的減小、設(shè)備集成度的提高,使得信號完整性問題變得越來越重要。當(dāng)時鐘頻率超過100 MHz時,如果不滿足的信號完整性要求,可能導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,同時也會帶來EMC問題。隨著和DSP處理速度的提高,帶來的信號完整性問題日益嚴(yán)重,這需要電子工程師重點考慮。
目前,有很大一部分文章從理論上分析信號完整性,而從實際應(yīng)用方面分析的文章較少?;诖?,本文主要研究通過對EP2C8和TMS320F2 812組成的系統(tǒng)所涉及的仿真問題進(jìn)行了分析和研究,通過對關(guān)鍵信號線的仿真來分析系統(tǒng)的信號完整性。

1 HyperLynx軟件
HyperLynx是Mentor Graphics公司推出的高速仿真工具,從內(nèi)容上可分為信號完整性仿真(SI)、電源完整性仿真(PI)和電磁兼容性仿真(EMC);從結(jié)構(gòu)上可分為板前仿真(LineSim)和板后仿真(BoardSim)。為了保證PCB設(shè)計的成功率,在設(shè)計前遵守一些良好的設(shè)計規(guī)則很重要。HyperLynx軟件則提供了一個驗證設(shè)計方法和檢測PCB性能的環(huán)境,這將會提高工作效率。

2 面向系統(tǒng)的信號完整性
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成和關(guān)鍵信號
TMS320F2812和EP2C8構(gòu)成的系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/191200.htm

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由于系統(tǒng)信號線眾多,如果全部對它們進(jìn)行仿真,將會花費(fèi)很大的時間,只需對茨鍵信號仿真。根據(jù)器件上升沿、工作頻率、走線長度、時鐘信號等作為劃分關(guān)鍵信號的條件。明確了高速信號有TMS320F2812和EP2C8的通信端口、時鐘網(wǎng)絡(luò)、EP2C8數(shù)據(jù)接收端等。這些高速信號易受干擾同時又容易干擾其他網(wǎng)絡(luò),需要著重考慮這些信號線的設(shè)計。通過HyperLynx的仿真可以優(yōu)化這些走線,找到合適的設(shè)計方法。
2.2 系統(tǒng)板層設(shè)計
在對系統(tǒng)仿真前,需要確定PCB疊層數(shù)、走線特性阻抗等,這是系統(tǒng)進(jìn)行信號完整性仿真的基礎(chǔ)。對于微帶線,IPC推薦的特性阻抗近似式為:
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式中:h是導(dǎo)線離參考層的距離;w是導(dǎo)線寬度;t是導(dǎo)線厚度;由上式可知當(dāng)w=2h時,走線特性阻抗為50 Ω,這可以作為經(jīng)驗公式。該系統(tǒng)采用4層電路板,相對介電常數(shù)εr為4.3的FR4材料,走線特性阻抗設(shè)定為50 Ω,PCB板的厚度是1 mm,具體疊層方案如圖2所示。

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