直击高速PCB设计真相 拿下时序分析与仿真

2014-11-20 09:54 来源:电子信息网 作者:娣雾儿

所谓源同步就是指时钟选通信号CLK由驱动芯片伴随发送数据一起发送,它并不象公共时钟同步那样采用独立的时钟源。在源同步数据收发中,数据首先发向接收端,经稍短时间选通时钟再发向接收端用于采样锁存这批数据。其示意图如图2所示。源同步的时序分析较公共时钟同步较为简单,分析方法很类似,下面直接给出分析公式:

建立时间:Tvb_min+(Tflt_clk_min-Tflt_data_settle_delay_max)-Tsetup-Tmargin>0

保持时间:Tva_min+(Tflt_data_switch_delay min-Tflt_clk _max)-Thold-Tmargin>0

其中,Tvb为驱动端的建立时间,表示驱动端数据在时钟有效前多少时间有效;Tva为发送端的保持时间,表示驱动端数据在时钟有效后保持有效的时间;其他参量含义同前。下面以通信电路中很常见的TBI接口为例介绍源同步时序分析及仿真过程。TBI接口主要包括发送时钟和10bit的发送数据、两个接收时钟和10bit接收数据。RBC0、RBC1为两个接收时钟,在千兆以太网中,这两个时钟频率为62.5MHz,相差为180°,两个时钟的上升沿轮流用于锁存数据。根据数据手册的时序参数,代入上式可得:

2.5+Tflt_clk _min-Tflt_data__settle_delay_max-1-Tmargin>0

1.5+Tflt_data__switch_delay min-Tflt_clk _max-0.5-Tmargin>0

仿照前述分析方法:假设时钟、数据信号线的飞行时间严格相等,即时钟和数据完全匹配,然后分析它们不匹配带来的影响。上式变为:

1.5-Tmargin>0

1-Tmargin>0

可见,无论是建立时间还是保持时间都有很大的余量。经过仿真,发现数据和时钟完全匹配等长(以0.02ns匹配为例),仍有0.3ns的差别,即:

Tflt_clk_min-Tflt_data_settle_delay_max<0.3

Tflt_data_switch_delay min-Tflt_clk_max<0.3

取Tmargin=0.5ns得到时钟和数据的匹配为0.2ns,即数据和时钟的长度匹配不应超过0.2ns。

仿真3

在实际仿真中首先就时钟和数据的信号完整性进行分析仿真,通过适当的端接匹配得到较好的接收波形。图3是一组无源端匹配和有源端匹配时钟线的不同仿真波形比较,从中可以看出首先进行信号完整性仿真的必要性。

在公共时钟同步中,数据的发送和接收必须在一个时钟周期内完成。同时器件的延时和PCB走线的延迟也限制了公共时钟总线的最高理论工作频率。故公共时钟同步一般用于低于200MHz~300MHz的传输速率,高于这个速率的传输,一般应引入源同步技术。源同步技术工作在相对的时钟系统下,采用数据和时钟并行传输,传输速率主要由数据和时钟信号间的时差决定,这样可以使系统达到更高的传输速率。

本文通过对以太网、宽带、交换机、主机和子卡板进行信号的完整性分析,时序分析及仿真,这就大大缩短了产品设计周期,通过分析仿真,有效地解决高速设计中出现的信号完整性、时序等问题,充分保证设计质量和设计速度,真正做到PCB板一次通过。目前,主板和子卡板已经通过调试,并顺利转产。

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