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高速数字电路的静电绝缘设计与仿真
浏览: 发布日期:2017-09-08


本页文章链接: http://www.ming-hua.com/FR4/xinwenzixun/gongsixinwen/12726.html

  摘要:介绍了专用于高速数字电路的仿真工具Hyperlynx,并使用它对高速数字电路中的阻抗匹配传输线长度与串扰问题进行布线前的模型建立和仿真,通过仿真结果分析给出了相应解决办法,尤其在传输线长度上提供了LVDS电路的解决办法。通过软件平台对电路参数的设置进行比较与分析,给出了高速数字电路设计的指导性结论。

  高速数字系统设计成功的关键在于保持信号的完整,而影响信号完整性(即信号质量)的因素主要有传输线的长度、电阻匹配及电磁干扰、串扰等。设计过程中要保持信号的完整性必须借助一些仿真工具,仿真结果对PCB布线产生指导性意见,布线完成后再提取网络,对信号进行布线后仿真,仿真没有问题后才能送出加工。目前这样的仿真工具主要有cadence、ICX、Hyperlynx等。Hyperlynx是个简单好用的工具,软件中包含两个工具Li玻纤板采购neSim和BoardSim。LineSim用在布线设计前约束布线和各层的参数、设置时钟的布线拓扑结构、选择元器件的速率、诊断信号完整性,并尽量避免电磁辐射及串扰等问题。BoardSim用于布线以后快速地分析设计中的信号完整性、电磁兼容性和串扰问题,生成串扰强度报告,区分并解决串扰问题。作者使用LineSim工具,对信号的阻抗匹配、传输线的长度、串扰进行了仿真分析,并给出了指导性结论。

  阻抗匹配

  高速数字信号的阻抗匹配非常关键,如果匹配不好,信号会产生较大的上冲和下冲现象,如果幅度超过了数字信号的阈值,就会产生误码。阻抗匹配有串行端接和并行端接两种,由于串行端接功耗低并且端接方便,实际工作中一般采用串行端接。以下利用Hyperlynx仿真工具对端接电阻的影响进行了分析。以74系列建立仿真IBIS模型如图1所示。仿真时选择一个发送端一个接收端,传输线为带状线,设置线宽0.2mm和介电常数为4.5(常用的FR4材料),使传输线的阻抗为51.7Ω。设置信号频率为50MHz的方波,串行端接电阻Rs分别取0Ω、33Ω和100Ω的情况,进行仿真分析,仿真结果如图2所示。

  

  图1 74系列仿真模型

  

  

  

  图2 不同串行端接电阻的仿真结果

  图中分别标出了匹配电阻是0Ω、33Ω、100Ω时接收端的信号波形。从波形看出,0Ω时波形有很大的上冲和下冲现象,信号最差;100Ω时信号衰减较大,方波几乎变成了正弦波;而匹配电阻是33Ω时波形较好。理想的匹配环氧板加工电阻值,可以利用软件的terminatorWizard工具,自动根据器件的参数模型算出最佳匹配电阻为33.6Ω,实际应用中可以选用33Ω。利用仿真和器件的IBIS模型,可以很精确地知道匹配电阻值的大小,从而使信号完整性具有可控性。


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