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和大家探讨S3C2440信号过冲问题,也讲讲自己的经验吧

时间:10-02 整理:3721RD 点击:

先提出问题,再介绍经验啊。
1、2440与sdram之间的数据总线其实是需要端接匹配的,否则,过冲很大!问题是:空间、结构等限制了我们去端接32位数据总线,要知道,数据总线是双向的,端接恐怕需要16个小租排!所以,数据信号的过冲,包括地址、控制信号的过冲,到底会对我们系统和芯片寿命产生多大的影响?到底有无一个比较科学的、权威的指标对进行评价?这个,恐怕是需要牛人出来讲讲了!
2、很多2440板没有端接这32位数据总线,也没有端接诸如wbe0、wbe1、wbe2、wbe3和scke!其实,这些信号的过冲都非常大!一旦要都端接,恐怕电路板面积会增大很多,成本、可靠性等指标恐怕会恶化!牛人们需要介绍一下,如何在信号SI、可靠性、成本之间找到均衡点的呀!

3、一般LVTTL级别的芯片,其IO口都是耐压达到甚至超过5V电平的。如三星的SDRAM的IO口,其最大允许电压在-0.5~6.5V之间。当然,过冲大,如达到4V了,它可能会造成EMI、串扰方面的问题,但是会影响到芯片的寿命吗?尤其是会影响到系统的可靠性、稳定性吗?
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下面介绍介绍我的经验:
2440的外频一般为133MHz,信号的上升沿小于1ns(这个和总线驱动有一定关系,但并不明显。一般把总线驱动电流设置在中间档就可以了。呵呵,保守思维模式。),而我们地址、数据、控制总线布线的长度往往在2000~4000mil!对于FR4板材,按照传输线的效应,当传输线时间延迟大于20%的上升时间,即0.2ns(相当于1200mil),就一定要考虑端接!
可以看出,我们的2440的信号是需要端接的。端接哪些信号呢?
首先,是和SDRAM相连的所有地址总线、控制总线
1、端接电阻多大合适?有经验的人,一般先取22欧姆,放在2440的旁边,然后,等板子回来再调电阻。这个方法可行!需要测试配合即可。其实,最终是电路板的制造和电路板布局、设计决定的。感兴趣的人,可以找到HyperLynx仿真一下。发现,通常,波阻抗50欧姆带状线,取22欧姆的端接电阻就OK啦!
-----不过,我们电路板此次也发现了问题,47欧姆端接任然过冲超过10%!和仿真相差遥远!恐怕是制版环节出现了问题。但是,我们系统跑起来仍然是很稳定的,这是不幸中的万幸吧!
2、对于32位数据总线,是最头疼的。安我们的控制指标,+/-330mV过冲,显然全部是超标不合格。但是,如果全部匹配,又使得整个电路板庞大,实在是没有必要。所以,目前,只能忍受这种过冲了!
-----不知道,又没有因为过冲而损坏掉sdram芯片的?或者,造成其它问题的,大家都谈谈吧

3、arm与sdram之间的走线,相信不是什么新鲜的,一般地址总线和时钟等控制信号采用“H”走线。而经过总线buffer之后的地址、数据总线一般采用菊花链的形式(我是说的arm系统!上GHz的系统,恐怕需要仔细仿真,才能决定是星型还是菊花链,或者其它形式!)

呵呵 有貌似广告的嫌疑 不过既然花了些心思作整理 我也给些建议

1. 要不要端接,首先是看芯片接口用的是什么标准,如TTL,HSTL,LVDS等等 有些接口标准指定了一定要端接,这个可以参看相关的JEDEC/IEEE标准

2. 过冲,应该是可以通过改善匹配而减少的,全部匹配一定会导致电路板庞大吗? 不见得, 首先在选取芯片时就要注意这个问题,其次,匹配也有很多手段 自己可以找书看

3. 高速信号的走线,尽量避免星型或菊花链,理由很简单,因为任何有效的线宽都会导致信号的反射,当然,可以依赖仿真来进行评估

对信号过冲的多少有规定吗?我怎么没有见到,ls能否说得清楚些?

此外,我知道有很多匹配方法,也正在用仿真工具。但是,往往是选择源端串电阻方式有效,这一点通过实际和通过仿真的效果都一样。其他的端接方式一般都没有用,如二极管箝位、阻容端接,复杂而又不实用。

很想知道过冲到底会有多么大的损害作用!

 此外,您说得高速信号到底有多高,能否说的详细些?

如果是数据、地址总线,外挂一堆外围,您一般如何走线?“不无道理”既不用菊花链,也不用星形,让我还真不知道该用什么方式了。

呵呵

难到信号过冲对系统的影响真的就无人能做出合理的评论吗?否则,大家为什么非要匹配?因为不匹配,我的系统运行仍然很稳定!

俺一致都是潜水的,看lz这么想知道这个问题,我就解释一下吧。

关于仿真:首先供应商的模型必须校验,这个要看供应商是否支持你的校验了。一般需要他们提供IBIS和SPICE,在同一个参考负载下的仿真结果的对比。此外仿真的阻抗是要事先计算好板子上的阻抗,不能简单的用50ohm。此外驱动力的设置,不是选中间值最好,这个严重依赖负载和走线的策略。最好仿真确定。

关于过冲

1)功耗:动态电流会变大。会引起一系列的PI问题。这个对于SDRAM这样IO线很多的interface比如主办的dimm条,危险很大,会引起一些很难复现或者依赖数据内容的错误。如果是PDS issue,调整去耦电容有时候能解决问题,如果是SSN,那就挂了,加电容也不一定有用。

此外散热怎么搞,还要和thermal的工程师商量。

2)  EMI:过冲大,一般都是边沿很快的,所以串扰什么的很大。如果ringback的margin足够大,那还好,要是板子上有audio和RF,比如手机,EMI会很难搞定的,需要注意的是,EMI不仅仅会来自信号线本身,也能来自于PDS,可能是传导也可能是辐射。

3) timing:反射引起的振荡,特别是ringback 超出vih和vil的时候会早成timing的问题。

4) 可靠性:这个估计是小编想知道的。过冲的问题有两种:clamp diode击穿或者degrating;氧化层击穿。

这两个问题都与以下因素相关:过冲的max值,过冲的duration time,过冲的频率。但是对可靠性影响有多大?换句话说failure rate有多大,那就是和供应商的工艺相关了,比如TI的GS60 1.8V COMS工艺,对于1.23V的过冲,2ns duration,40MHz可以保证failure rate 如何如何(有保密协议不方便透露)。不同的过冲max,duration time和频率下有不同的failure rate。

但是不是每个供应商都有能力或者意愿提供类似的数据的。所以你逼问一下他们,他们通常只会提供一个比较保守的值,比如30%Vcc没有问题,那就是说在通常的duration time和正常的工作频率下都可以保证很小的failure rate,这个值有时候会在spec中的DC/AC electrical parmeter中的vih,vil部分提供一下 。否则,可以从spec上的absolute maximum rating的参数上,可以估计一下。

非常感谢高手能指点迷津。

实际上,的确是仿真结果和实测结果有比较大的差异。这才想到,难道过冲那么可怕么?我的板子虽有过冲,3.3V系统,信号过冲到4.1V左右,连续运行几天没有问题,而且也外加很多干扰(静电、脉冲群、浪涌)测试、高低温环境测试,都没有发生问题。

如果端接电阻,的确会影响到线路板的整个布局,尤其对于数据总线,芯片两端都端接,是一件很痛苦的事情,CPU为bga的封装,根本就不允许再有空间放置租排了!

目前,外围器件的数据总线上加了RC,仿真效果不错,但实测效果如何,大家等我的结果吧。

我讲讲我个人的一些经验:

一年之前,我使用的是2410,对整板测试过程中发现,过钟均在15%~25%,增加了22欧姆匹配电阻,测试结果一样。

今年,使用了2416,设计中,注意了走线长度,控制在1200mil以内,加上22欧姆匹配电阻,测试结果基本满足过冲在10%。

按说,2416的速度较2410快,信号完整性应该较差,实际效果较理想;因此,建议,特别要注意走线长度,走线长,电阻加上和没有加上,测试结果是一样的。

呵呵,2410的demo板一般都没有发现有22欧姆匹配的。我们公司大批在这样使用,没有发现问题。恐怕也是过冲的,只是没有严格测试而已。过几天,测测,看看情况,再聊。

但2440的确过冲很大。1200mil的走线长度并不容易实现呀。2416的封装是0.65pinch的,国内目前做这么小的pinch没有什么问题了吧?

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