高速串行总线设计与仿真

  • 高频串行总线特征:
    1、加重
    在调频收发技术中,如语音和图像信号中,在低频段能量大,高频段能量小,而鉴频器输出噪声的功率谱密度与频率的平方成正比(低频噪声小,高频噪声大),造成信号的低频信噪比很大,高频信噪比很小,使得高频传输困难。
    预加重(pre-emphasis):一种在发送端事先对发送信号的高频分量进行补偿的方法。通过增大信号跳变沿后第一个bit(跳变bit)的幅度。例:对于一个00111的序列,做完预加重后序列里第一个“1”的幅度会比第二个和第三个“1”的幅度大,由于跳变bit代表了信号里的高频分量,所以这种方法有助于提高发送信号里的高频分量。
    去加重(de-emphasis):不增加跳变bit的幅度,而是相应减小非跳变bit的幅度。
    2、均衡
    当线路上存在串扰时,预加重和去加重都会将高频串扰分量也放大,增大串扰。
    均衡用于接收端,相当于一个高通滤波器,种类非常多,有线性均衡、非线性均衡、频域均衡、时域均衡、固定均衡、可变均衡、手动均衡、自适应均衡、码元间隔均衡、分数间隔均衡。
    PCB设计常用的:连续时间线性均衡(continus time linear equalizer:CTLE)、前向反馈均衡器(feed forward equalizer:FFE)、判决反馈均衡器(decision feedback equalizer:DFE)。
    码间干扰(ISI):由信号的码型带来的恶劣影响。信号中存在连续的0和1,也有单独的0和1 ,其翻转对应低频和高频,连续的0或者1 在经历较高幅度后突然要转为低电平,这个高频对应的衰减很大,导致其电平不能到一个正确的位置。加入均衡后,低频的衰减很大,高频衰减变小,这样连续的0或者1突然改变时,低频和高频的幅度不会那么大。
    CTLE曲线:在低频时增益为负常数,随着频率升高增益衰减,经过一个高频后又开始慢慢变大的曲线。用在接收端。
    FFE:用在发射端,利用波形本身来校正接收到的信号。改变发射信号的波形。发送端进行FFE均衡后,相当于增加了一个高通滤波器,事先就把发送信号的低频进行衰减,在接收端高频和低频幅度的差距变小,有效解决ISI带来的影响。
  • 高速串行总线布局要求
    滤波电容靠近芯片引脚
    差分线的AC耦合电容出线均匀等长,电容前后部分等长,误差不超过5mil,具体布局要不要靠近发送芯片无要求,优先级低于滤波电容、串联匹配电阻
    高速串行信号布线:参考面首选地平面、保证参考平面完整、避免沿着电源平面分割布线、距板边满足20H要求、差分线要满足实时等长(不能在接收端进行绕城等长,这样会导致差分线相位偏移)


    走线离稳压器区域的电源过孔反焊盘大于10H,如果信号线只能从电源孔附近走线,要在信号线和电源过孔之间打地孔

    增加回流地孔

    尽量不要穿过差分线走线,可以顺着差分线

    BGA过孔间走线,尽量选择相同网络性质的过孔处绕线,TX的信号尽量在同样TX的过孔处走折现,也可以选择地孔
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