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硬件仿真世界

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发表于 2019-4-1 18:06:05 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式


您好,欢迎来到硬件仿真博客系列!在本系列中,我们将回顾和探讨影响当今高速印刷电路板 (PCB) 设计的各种信号完整性 (SI) 问题,以及如何通过仿真来避免这些问题。

如果您是贸然进入了高速设计领域的新手工程师之一,并且被“信号完整性仿真”这个术语所震撼,请不要烦恼。 在这次博客之旅中,我们先来回顾一下基础知识,然后再介绍一些更高深的话题。

我们已不再生活在信号“0”和“1”的数字领域里了,因此我们现在需要考虑在从发射器到接收器的传输过程中模拟对信号都有些什么样的影响。

随着时钟速度的增加和上升/下降时间的加快,PCB 走线不再是理想的导线,而且对其承载的信号不透明。根据一般的经验法则,任何长于“3 倍(以厘米为单位)于上升时间(以 ns 为单位)或 1.18 倍(以英寸为单位)于上升时间(以 ns 为单位)”的走线都应该被视为传输线,再加上用于今天的高速信号的、以纳秒 (ns)/皮秒 (ps) 范围计算的上升/下降时间,您就会发现即使是短走线,最后也会象传输线一样工作。

封装走线、引线、PCB 走线、连接器和电缆都开始影响那些高速信号了。如果这些接口的阻抗设计和匹配得不当,可能会导致信号完整性问题,从而会影响到系统的性能和可靠性。




图 1:理想的数字信号




图 2:真实世界的信号

在上面的例子中,信号的模拟特性显而易见。如果没有恰当地考虑其影响,信号最终可能会出现过冲、下冲和毛刺,从而降低信号质量并影响器件的操作。

过冲会降低器件的可靠性,在极端情况下还会对器件造成不可逆转的损坏。下冲可能会引起相同的反向偏置,以及反向偏置基板,这会导致器件以从未打算操作的方式进行操作。

随着 PCB 技术以及可以具有微通孔、埋入式通孔和盲孔的高速 PCB 设计方面的进步,探测感兴趣的信号并对其进行调试已不再总是可行。结合更短的设计周期和更快的产品上市时间要求,硬件仿真(也被称为信号完整性仿真)不再是可选的选项了。为了在第一时间开发出设计恰当的产品并节省在实验室里调试有问题的 PCB 设计所需的大量成本和时间,它已成为不可或缺的要求。

在本系列课程中,我们会介绍与设计人员必须处理的高速 PCB 设计的各个方面相关的主题,并一起来了解硬件仿真如何有助于消除设计阶段的猜测。撰写本博客的目的是帮助设计人员在设计周期的早期捕获并解决问题。这比起在实验室里调试原型、经历多个布局周期,并花费宝贵的时间、金钱和精力要更经济、更有效。
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