MCM高速電路布線布線設計的信號完整性分析摘要：隨著封裝密度的增加和工作頻率的增加，MCM電路設計中的信號完整性問題不容忽視。以探測器電路為例，本文首先采用APD軟件實現電路的布局布線設計，然后結合信號完整性分析重復調整電路布局布線結構，最終的Spectra Quest軟件仿真結果表明改進的電路布局布線符合信號完整性要求，

 

同時保持較高的模擬精度。

 

關鍵詞：多芯片組;布局布線;信號完整性;反射;延遲隨著集成電路技術的發展，多芯片組的工作速度越來越高，高速信號處理已成為MCM電路設計成功的關鍵。

 

那時，時鐘信號沿著一小時的邊緣上升或下降，將導致傳輸線效應，即信號完整性問題。在該設計中，以檢測器電路為例，詳細描述了使用信號完整性分析工具的MCM布局布線設計方法。首先，擴展封裝部件庫以滿足特定電路布局布線設計的需要，然后使用APD（Advanced Package Designer）軟件直接調用部件封裝符號，完成電路的初始布局和布線設計。最后，結合反射，

 

信號完整性仿真分析的結果，如延遲和電磁兼容性，反復調整，改進的電路布局布線減少了信號的反射，輸入信號的相對延遲不超過0.2ns，電磁干擾現象是抑制以滿足信號完整性要求。

 

MCM布局布線的軟件實現如上所述，MCM布局布線的實現包括電路原理圖生成，擴展部件庫和最終布局布線完成以及處理數據文件輸出。 APD布局包括Padstack（* .pad），Package Symbol（* .PSM），Mechanical符號（* .BSM），Format Symbol（* .OSM）和Shape Symbol（* .SSM）五種，MCM布局布線設計，全部布局必須具有正確的庫包裝。 MCM設計軟件自帶的包庫往往不能滿足特定的設計要求，只需擴展零件庫，就可以直接調用零件進行布局布線設計和最終的工藝文件輸出。首先，Padstack Editor軟件用于擴展零件庫，然后將電路封裝起來，并通過Concept HDL到APD軟件導出Electrical Connection網絡表文件，最后完成電路布局布線。

 

在整個設計過程中，定義了16個Padstack和81個封裝符號，制作了251個調用Padstack和89個調用功能單元，其中使用了251個元件封裝的符號引腳和229個功能單元引腳。重要的是要注意，在設計時，如果使用ORCAD進行預電路設計，則必須將ORCAD生成的文件轉換為APD軟件的MCM文件。但是，由于轉換后的MCM文件中存在類似BRD的問題，使用Concept HDL軟件導出網絡表文件，然后提取網絡電纜拓撲進行仿真。

 

為了減少仿真時間，采用子模塊仿真方法。

模擬分析

 

與其他電路分析軟件一樣，IBIS模型Spectra Quest必須首先為電路元件提供精確的電氣模型，以獲得準確的仿真結果。 Spectra Quest Software使用IBIS模型。 IBIS（輸入/輸出緩沖器信息規范）模型使用I / V和V / T表的形式來描述I / O單元和引腳的特性，是一種快速準確的I / O BUFFER建模方法。 V / I曲線。它提供標準文件格式，用于記錄參數，例如驅動器或接收器輸出阻抗，上升/下降時間和輸入負載，這些參數由Spectra Quest讀取。

 

IBIS模型具有信號完整性分析所需的信息，非常適合于計算和模擬振蕩和串擾等高頻效應。 Spectra Quest的內部Sigxplorer接受IBIS模型，然后將其轉換為獨特的設計建模語言DML，以完成復雜I / O結構的建模。

 

此外，Sigxplorer中的約束管理器能夠管理模擬中使用的參數，并將其嵌入后續布局布線約束中。

反思分析反射是傳輸線上的回波，這是由阻抗的不連續性引起的。源端和負載端之間的不匹配將導致線路上的反射，并且負載將一部分電壓反射回源。如果負載阻抗小于源阻抗，則反射電壓為負;相反，反射電壓為正。理想情況下，輸出阻抗，傳輸線阻抗和負載阻抗相等，此時傳輸線的阻抗是連續的，不會發生反射。

 

反射電壓信號的幅度由源反射系數rS和負載反射系數rL確定。解決傳輸線反射的關鍵是阻抗控制，阻抗匹配可以抑制傳輸線反射，主要有：并聯終端，戴維寧等效并行終端，交流終端和四種匹配終端方法的串聯終端方法。

 

本文采用戴維寧等效并行端接法控制檢測電路的輸入部分，提取電路拓撲結構，分別模擬電路前后電路的傳輸特性。在終止之前，波形出現在失真的上升沿，這很容易引起誤操作。匹配端有效消除了信號失真，單調性很好，并在上升沿上拉原始信號，提前進入電平開關，增加信號的穩態時間，以及信號的上升沿。信號也相對穩定。雖然在高電平的維護階段存在過沖，但它對信號確認沒有影響，并且信號質量是理想的。另外，信號傳輸線的長度對反射也有一定的影響。仿真結果表明，當傳輸線較長時，會出現預測的反射現象，當傳輸線較短時，仿真波形和分析結果一致。因此，布線長度不同，其加工方法也應不同。

 

通常，布線長度小于2英寸，其由具有一般人員編號的LC電路處理，并且大于8英寸，并且由具有分配參數的傳輸線電路處理。

 

延遲分析隨著系統工作頻率的增加，當信號沿陡峭邊緣上升或下降時，不再能忽略接線延遲。它在信號的建立和維護中起著至關重要的作用，甚至可能影響系統的時間安排并產生誤操作，因此必須予以考慮。 MCM高速電路設計要求存儲器芯片的相位偏差不應太大，因此驅動端到接收端的接線延遲應大致相等。信號線的長度對傳輸質量有很大影響，這可能導致信號在傳輸過程中失真。隨著線路長度的增加，信號傳輸質量變差，對于長信號線，應采用源或終端匹配方法來提高傳輸質??量。

 

通過使用信號完整性仿真工具，可以輕松模擬從驅動端到每個芯片的延遲，然后根據仿真結果調整布局布線以滿足預定要求。探測器的每個信號應盡可能保持相同的傳輸延遲，這要求布線應盡可能保持一致，對于微弱的差異，可根據仿真結果延長或縮短布線。接線完成后，Spectra Quest軟件模擬輸入信號的傳輸延遲，具體參數如表2所示。

 

可以看出其相對延遲不超過0.2ns，仿真結果更為理想。

 

EMI分析

 

此外，EMI（電磁干擾）是高速電路設計的一個重要方面，用于分析時域中信號的反射和延遲。電磁干擾包括過多的電磁輻射和對電磁輻射的敏感性，工作頻率過高，信號變化太快或布線布線不合理等，都會引起電磁干擾。進行EMI仿真以改變布線策略并在端子匹配之前和之后增加檢測器電路。信號產生的噪聲從0到2GHz，范圍很寬，每個頻率的輻射強度變化，某些頻率的輻射強度超過極限，即該頻率信號的電磁干擾有超過系統能夠承受的程度，應采取措施降低其輻射水平。 根據上述方法進行阻抗控制，并盡可能地減小布線長度。 可以看出，超過極限的頻率波已經下降到水平線以下，并且每個頻率點的輻射強度已經減小，并且整個輻射強度已經減小。 這表明，為了傳輸信號，改變布線長度和增加適當的匹配端連接網絡不僅改善了信號的傳輸特性，而且降低了電磁輻射的強度并提高了信號的質量。