大多数版图设计工具根据由布线几何形状和材料决定的耦合系数来估算耦合的影响,这就导出了限制平行距离的线性估计公式,它降低了布线密度。事实上,在长的布线上耦合会达到饱和状态。在估算过程中忽略饱和效应会导出比需要量更密的布线设计规则。为此,要采用SpecctraQuest进行全面的仿真以决定设计中的耦合规则。

对于2.5Gbps数据,上升时间的典型值是150ps,饱和长度大约是300mil,这就是说,实际耦合线可以长于300mil而不增加耦合预算值。表2显示了2.5Gbps速率、摆幅500mv、上升时间为110ps的信号的耦合饱和参数和损耗。耦合在大约300-400mil处达到饱和,因为损耗使其幅度在长布线上出现较大衰减。根据这一规律,设计工程师可以更有效地布线,而这一点比许多版图设计工具给出的设计规则更有效。

用Maxwell 2D/3D设计复杂布线结构

对于传输速率在10G到12.5Gpbs的较高速率,FR-4板材会产生很大的损耗,要采用其它损耗特性更佳的板材。如图1所示为一种共面结构的电路板,它被用于在电路板顶层传输10Gbps到12.5Gbps的数据,所用的板材为RO4350。该板材的介质损耗很低,但是只能在顶层/底层布线,因而传输10GHz信号要用表层线。采用共面结构信号的质量比较好,EMI比较低。要采用3D 场求解工具计算线宽和间隔以确保50欧姆的线阻抗,使之与驱动电路输出阻抗匹配。可以采用Maxwell 3D场求解工具。

连接器的建模

信号以Gbps数据率传输时,通孔、连接器和相关的线头会引起信号完整性问题,连接器和通孔效应的精确建模和仿真对于预测信号质量非常重要。

Maxwell 3D场求解工具用于提取连接器的VHDM和HSD模型,连接器模型建立后,要以SpecctraQuest DML格式嵌入,用于Hspice子电路进行板级仿真。一般来说,即使成功设计出来Gbps速率的卡,要设计传输速率达到5-10Gbps的背板仍然会面临诸多挑战。Maxwell场求解工具有助于为实现这样的数据率创建连接器模型。

采用Hspice进行详细分析

a. 采用Hspice进行电源层分析

在GHz频段,电源的传递面临新的挑战,要采用精密建模技术和分析工具来获得真实的(电源)平面响应。Hspice是一个能够实现精密扫频分析的工具,并具有基于晶体管的IC模型以便对感兴趣的并发开关噪声(SSN)进行仿真。

对于向高频差分元件传递电源的电源层,可以采用传输线网孔模型来评估高频时电源/地平面的行为。例如,要分析PCB中一对2英寸×2.5英寸的电源/接地平面, 平面间隔3.5mil,要求边沿速率70ps,带宽5GHz。一般的做法是根据某个主要的差分元件的参数指标,每一个差分电源/接地平面对的目标阻抗预算为272m?,传输线网孔模型用来确定电源?地平面的频域响应。对于1Gbps以上速率,建议要分别考虑有损和无损情况以确定在模型中加入介质损耗的影响。

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