式中,e为介电常数,r为电阻率,w为线宽,l0为芯片之间的平均距离。由式(3)可以看出,信号线长度对传输质量影响很大,可能使信号在传输过程中产生畸变。信号传输质量随着线长的增加而变差,对于过长的信号线,应采用源端或终端匹配的方法来改善传输质量。利用信号完整性仿真工具,可以方便地模拟从驱动端到各芯片的延时,然后结合仿真结果对布局布线进行调整,以达到预定的要求。
检测器的每个信号应尽可能保持同一传输延迟,这就要求布线时尽量保持长度一致,对于微弱的差别,可以根据仿真结果延长或缩短布线。完成布线以后,再利用Spectra Quest软件仿真输入信号的传输延迟,具体参数如表2所示。可以看出,其相对延时不超过0.2ns,仿真结果比较理想。
EMI分析
以上在时域中分析了信号的反射和延时,除此之外,EMI(电磁干扰)也是高速电路设计的一个重要方面。
电磁干扰包括过量的电磁辐射和对电磁辐射的敏感性两方面,工作频率太高、信号变化太快或布局布线不合理等都会引起电磁干扰效应。分别对改变布线策略,增加终端匹配前、后的检测器电路进行EMI仿真。图8为布局布线调整前的仿真波形,垂直条长度指信号在该频率的电磁辐射强度,横线指系统可承受的最大辐射强度。从图中可以看到,信号所产生的噪声从0延续到2GHz,范围很宽,而且每个频率的辐射强度不尽相同,某些频率的辐射强度超出了限制,即信号在该频率的电磁干扰已经超出系统所能承受的程度,应该采取措施降低其辐射水平。按照前述的方法进行阻抗控制,并尽量减小布线长度,重新仿真的结果如图9所示。可以看到,超过限制的频率波已降到横线以下,并且各频率点的辐射强度均有所下降,整个辐射强度都有所降低。这说明,对于传输信号,改变布线长度和增加适当的匹配端接网络,不仅改善了信号的传输特性,也降低了电磁辐射强度,提高了信号的质量。
结语
高速电路设计时,首先利用精确的器件模型对系统功能进行信号完整性和EMI仿真分析,以此来确定电路的布局布线,然后再进行仿真,对布线网络加以改进,直至得到满意的布线结果。本设计主要对MCM布局布线设计技术,结合检测器封装实例,分别在时域和频域对MCM布局布线时的反射、延时和EMI等问题进行了仿真和分析,取得了较好的效果。