СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-8

58 / 82

При проектировании высокоско
ростных цифровых устройств, в от
личие от цифровых устройств, рабо
тающих на низкой рабочей частоте,
особое значение приобретает учёт ха
рактера пассивных элементов цепи, в
том числе соединительных проводов,
печатных плат и корпусов интеграль
ных схем, которые являются элемен
тами конструкции цифрового устрой
ства. На низких рабочих частотах эти
конструктивные элементы не оказы
вают сколько нибудь заметного влия
ния на работу схемы. С повышением
рабочей частоты они начинают непо
средственно влиять на электрические
характеристики схемы.
В теории проектирования высоко
скоростных цифровых устройств ис
следуется влияние пассивных эле
ментов цепи на распространение
сигналов (переходные процессы и
отражения), взаимное влияние, ока
зываемое сигналами друг на друга
(перекрёстные помехи), и их взаимо
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
58 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2010
Altium Designer – Обеспечение целостности
сигнала на печатной плате
Алексей Сабунин (Москва)
Скорость передачи данных в современных печатных платах постоянно
растёт, и сегодня она может измеряться в сотнях мегагерц (DDR) и даже
в гигагерцах (Ethernet), что накладывает особые требования
к конструкции и, соответственно, инструментам разработки
конструкции, т.е. САПР. В программе Altium Designer имеется модуль
Signal Integrity, который позволяет проводить анализ целостности
сигналов как на пост#, так и на предтопологическом уровне
проектирования. В данной статье рассматриваются вопросы
актуальности задачи обеспечения целостности сигнала и примеры
её решения в программе Altium Designer.
действие с окружающей средой (элек
тромагнитные излучения). Стоит от
дельно оговориться относительно тер
мина «высокоскоростные цифровые
устройства»: бытует мнение, что их
определяет тактовая частота или час
тоты сигналов, но в действительности
такие устройства характеризуются
скоростьюнарастания и спада, т.е. ско
ростьюпереключения цифрового сиг
нала. Эта скорость постоянно увели
чивается с появлением новых техно
логий изготовления микросхем (см.
табл. 1); учитывая этот факт, даже те
разработчики, которые пока считают,
что вопрос обеспечения целостности
сигналов их не касается, в ближайшее
время столкнутся с этой проблемой
при переходе на микросхемы новых
серий.
Задачи целостности сигнала пре
дусматривают рассмотрение циф
рового сигнала как аналогового с
произвольными искажениями его
формы, которые вызваны физичес
кими особенностями распростране
ния сигнала в реальной конструкции
платы.
Два важных фактора влияют на рас
смотрение проблем целостности сиг
нала:
● повышение частоты ведёт к увели
чению скоростей изменения токов
dI/dt и напряжений dV /dt в цепях
аппаратуры. Это означает, что проб
лемы, не оказывающие никакого
влияния на низкочастотные проек
ты, могут иметь катастрофические
последствия в проектах следующего
поколения быстродействующих уз
лов;
● эффективное решение проблем це
лостности сигнала базируется на
понятиях полных сопротивлений
межсоединений. Если мыимеем глу
бокое представление о полном со
противлении и сможем установить
при конструировании соответствие
параметров конструкции печатной
платы и соответствующих полных
сопротивлений, то можно устранить
проблемы целостности сигнала на
этапе проектирования. Для более
полного понимания этих факторов
рекомендуется ознакомиться с лите
ратурой [2–4].
Результатами выполнения этих за
дач являются:
● для концептуальной стадии – реко
мендации относительно реализу
емости требований технического
задания по быстродействию, реко
мендации по выбору материалов и
технологии изготовления;
● для стадии схемотехнического про
ектирования – уточнение требова
ний к электрическим параметрам
микросхем, получение рекоменда
ций по установке помехоподавляю
щих элементов, получение реко
мендаций по выбору корпусов мик
росхем; платы и сборки печатного
узла;
● для стадии топологического проек
тирования – выработка топологи
ческих норм и рекомендаций для
трассировки платы, получение дан
ных для расположения компонентов
на плате, определение требований к
шинам питания и заземления и ре
комендации по их расположению,
Технология изготовления микросхем Время перехода (нарастание и спад) Быстродействие (рабочая частота)
TTL, HCMOS 11 нс 32 МГц
LS TTL 5,5 нс 64 МГц
FCT 1 нс 350 МГц
3.3V CMOS 500 пс 700 МГц
130 nm CMOS 200 пс 1750 МГц
90 nm CMOS 100 пс 3500 МГц
10 Gbps Serdes 25 пс 14 ГГц
Таблица 1. Серии современных цифровых микросхем и их быстродействие
© СТА-ПРЕСС