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阻抗匹配中的Hyperlynx应用

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
应用情景下面以一个电路设计为例,简单介绍一下PCB仿真软件在设计中的使用。下面是一个dsp硬件电路部分元件位置关系(原理图和PCB使用protel99se设计),其中DRAM作为DSP的扩展Memory(64位宽度,低8bit还经过3245接到FLASH和其它芯片),DRAM时钟频率133M。因为频率较高,设计过程中我们需要考虑DRAM的数据、地址和控制线是否需加串阻。下面,我们以数据线D0仿真为例看是否需要加串阻。

模型建立首先需要在元件公司网站下载各器件IBIS模型。然后打开Hyperlynx,新建LineSim File(线路仿真—主要用于PCB前仿真验证)。

新建好的线路仿真文件里可以看到一些虚线勾出的传输线、芯片脚、始端串阻和上下拉终端匹配电阻等。下面,我们开始导入主芯片DSP的数据线D0脚模型。左键点芯片管脚处的标志,出现未知管脚,然后再按下图的红线所示线路选取芯片IBIS模型中的对应管脚。

点OK后退到“AssiGN Models”界面。选管脚为“Output”类型。这样,一样管脚的配置就完成了。同样将DRAM的数据线对应管脚和3245的对应管脚IBIS模型加上(DSP输出,3245高阻,DRAM输入)。

下面我们开始建立传输线模型。左键点dsp芯片脚相连的传输线,增添传输线,然后右键编辑属性。因为我们使用四层板,在表层走线,所以要选用“Microstrip”,然后点“Value”进行属性编辑。这里,我们要编辑一些PCB的属性,布线长度、宽度和层间距等,属性编辑界面如下:

再将其它传输线也添加上。

这就是没有加阻抗匹配的仿真模型(PCB最远直线间距1.4inch,对线长为1.7inch)。现在模型就建立好了。仿真及分析 下面我们就要为各点加示波器探头了,按照下图红线所示路径为各测试点增加探头:

为发现更多的信息,我们使用眼图观察。因为时钟是133M,数据单沿采样,数据翻转最高频率为66.7M,对应位宽为7.58ns。所以设置参数如下:

之后按照芯片手册制作眼图模板。因为我们最关心的是接收端(DRAM)信号,所以模板也按照DRAM芯片HY57V283220手册的输入需求设计。芯片手册中要求输入高电平VIH高于2.0V,输入低电平VIL低于0.8V。DRAM芯片的一个NOTE里指出,芯片可以承受最高5.6V,最低-2.0V信号(不长于3ns):

按下边红线路径配置眼图模板:

之后就可以进行仿真了,来看一下我们的眼图吧

可以看到三个测试点波形差异很大。波形最差的就是接收端的紫色波开形了,上冲到5.4V,下冲到-1.2V。但仍能满足DRAM芯片要求。从DRAM芯片方面来看,不加串阻是可以满足芯片要求的,而且接收端的信号虽然回冲很大,不过,还是高于2.0V,满足芯片高电平界定标准。整个眼图和模板没有交叠,所以可以接受。下面再看一下在DRAM侧距DSP引脚500mil的地方加33欧串阻的话信号是什么样子:

可以看到信号质量明显改善。上下冲和回冲都减小了。我们知道匹配分始端串联匹配和终端并联匹配。那看一下终端并75欧电阻波形是什么样子:

波形也明显改善很多^_^当然,始端串阻和终端并阻是不能同时使用的,如果同时使用,对终端实际上就形成了分压。最终电平不能满足高电平判别需求:

上图是在始端加33欧串阻,终端加75欧并阻的情况,可以看到DRAM接收到的高电平只有3*(75/(75+33))约2V。 对于这样的数据总线,随着读和写的改变,始端和末端也发生变化,那样串阻就不好确定放在什么地方了,那我们看一下,把串阻放在靠近DRAM端的情况(距DSP1.2inch,距DRAM0.5inch):

可见,效果仍然比不加串阻的情况要好很多,知所以串阻能起到这样的效果。从能量的角度可以简单的这样理解,因为整条线的各个芯片脚都是阻抗比较大,整条线上没有消耗能量的点,没有串阻的话,能量会在传输线上来回反射,相互叠加,造成很大的过冲和振铃。其中又因为DRAM输入阻抗较高,而且线又较长,所以信号问题比较严重。在这段线上加一个串阻能有效的消耗反射的能量,使过冲和振铃现象得到改善。下面我们再把DRAM设为输出端,DSP设为输入端,3245仍为高阻,看一下各点的测试波形。

看一下是否能满足DSP芯片要求在DSP芯片数据手册里有下面一段内容:

这段内容指出,下冲不低于1.0V,上冲不超过4.3V就算合格的。这样看来DSP也可以接受不加串阻的情况。而3245数据手册没有给出芯片输入电平条件,但从芯片资料给出的内部结构上看,输入电平高于4V是没有问题的。结论 低485528-1-1.html" target="_blank" class="relatedlink">8位数据线没有串阻可以满足设计要求,而其他的56位都是一对一,经过仿真没有串阻也能通过。于是数据线不加串阻可以满足设计要求,但有一点需注意,就是写数据时因为存在回冲,DRAM接收高电平在位中间会回冲到2V。因此会导致电平判决裕量较小,抗干扰能力差一些,如果调试过程中发现写RAM会出错,还需要改版加串阻。因个人水平有限,如果文档中内容有误,请发邮件告知:zjd01@eyou.com,或者在个人网页http://user.qzone.qq.com/37564275留言,以便及时更改。希望该文档能对您的工作和学习有一点帮助

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