數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中的電磁兼容問(wèn)題

5 利用EDA工具設(shè)計(jì)DSPs時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)電磁兼容問(wèn)題

高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)一方面需要設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，另一方面需要優(yōu)秀的EDA工具的支持，EDA軟件己走向了多功能、智能化。在早期的電路板設(shè)計(jì)工具中，布局有專門(mén)的布局軟件，布線也有專門(mén)的布線軟件，兩者之間沒(méi)什么聯(lián)系。隨著球柵陣列封裝的高密度單芯片、高密度連接器、微孔內(nèi)建技術(shù)以及3D板在印刷電路板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，布局和布線已越來(lái)越一體化了，并成為了設(shè)計(jì)過(guò)程的重要組成部分。自動(dòng)布局和自由角度布線等軟件技術(shù)已漸漸成為解決這類高度一體化問(wèn)題的重要方法，利用此類軟件能在規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出可制造的電路板。在目前，由于產(chǎn)品上市時(shí)間越來(lái)越短，手動(dòng)布線極為耗時(shí)，己不能適應(yīng)要求。因此，現(xiàn)在要求布局布線工具具有自動(dòng)布線功能，以快速響應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出的更高要求。但是，在利用EDA工具設(shè)計(jì)DSPs時(shí)，要特別注意下面幾個(gè)電磁兼容問(wèn)題。

5.1 采用自動(dòng)布線技術(shù)
由于要考慮電磁兼容及電磁干擾、串?dāng)_、信號(hào)延遲和差分對(duì)布線等高密度設(shè)計(jì)因素，布局布線的約束條件每年都在增加。例如：在幾年前，一般的電路板僅需6個(gè)差分對(duì)來(lái)進(jìn)行布線，而現(xiàn)在則需600對(duì)。在一定時(shí)間內(nèi)僅依賴手動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)這600對(duì)布線是不可能的，因此自動(dòng)布線工具是必不可少的。盡管與幾年前相比，當(dāng)今設(shè)計(jì)中的節(jié)點(diǎn)(net)數(shù)目沒(méi)有大的改變，只是硅片復(fù)雜性有所增加，但是設(shè)計(jì)中重要節(jié)點(diǎn)的比例大大增加了。當(dāng)然，對(duì)于某些特別重要的節(jié)點(diǎn)，要求布局布線工具能夠加以區(qū)分，但無(wú)需對(duì)每個(gè)管腳或節(jié)點(diǎn)都加以限制。

5.2 采用自由角度布線技術(shù)應(yīng)注意的方法
隨著單片器件上集成功能的增加，其輸出管腳數(shù)目也大大增加了，但其封裝尺寸并沒(méi)隨之?dāng)U大，再加上管腳間距和阻抗因素的限制。因此，這類器件必須采用更細(xì)的線寬。同時(shí)，由于產(chǎn)品尺寸的總體減小，意味著用于布局布線的空間也大大減小了。在某些DSPs產(chǎn)品中，底板的大小與其上的器件大小相差無(wú)幾，元器件占據(jù)的板面積高達(dá)80%。某些高密度元器件管腳交錯(cuò)，即使采用具45°布線功能的工具也無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)布線。盡管45°布線工具能對(duì)某些恰成45°的線段進(jìn)行完美的處理，但自由角度布線工具具有更大的靈活性，并能最大限度地提高布線密度。它的拉緊(pull-tight)功能使每個(gè)節(jié)點(diǎn)在布線后自動(dòng)縮短，以適應(yīng)空間要求。它能大大降低信號(hào)延遲，同時(shí)降低平行路徑數(shù)，有助于避免串?dāng)_的產(chǎn)生。利用自由角度布線技術(shù)能使設(shè)計(jì)具有可制造性，并且設(shè)計(jì)的電路性能良好。
5.3 對(duì)高密度器件應(yīng)采用的技術(shù)
最新的高密度系統(tǒng)級(jí)芯片采用BGA或COB封裝，管腳間距日益減小，球間距已低至1mm，并且還會(huì)繼續(xù)降低。這樣就導(dǎo)致封裝件信號(hào)線不可能采用傳統(tǒng)布線工具來(lái)引出。目前有兩種方法可解決這個(gè)問(wèn)題：（1）通過(guò)球下面的孔，將信號(hào)線從下層引出；（2）采用極細(xì)布線和自由角度布線，在球柵陣列中找出一條引線通道。對(duì)高密度器件而言，采用寬度和空間極小的布線方式是唯一可行的方法，因?yàn)橹挥羞@樣，才能保證較高的成品率?，F(xiàn)代的布線技術(shù)也要求能自動(dòng)地應(yīng)用這些約束條件。自由布線方法可減少布線層數(shù)，降低產(chǎn)品成本。同時(shí)也意味著在成本不變的情況下，可以增加一些接地層和電源層來(lái)提高信號(hào)的完整性和EMC性能。
5.4 采用其它新的電路板設(shè)計(jì)、制作技術(shù)

微孔等離子蝕刻技術(shù)在DSPs中的多層板工藝制作中的應(yīng)用，大大提高了布局、布線工具的性能。應(yīng)用等離子蝕刻法在路徑寬度內(nèi)添加一個(gè)新孔，不會(huì)導(dǎo)致底板本身及制造成本的增加。因?yàn)?，采用等離子蝕刻法制作一千個(gè)孔的成本與制作一個(gè)孔的成本一樣低廉(這與激光鉆孔法大不一樣)。這就要求布線工具具有更大的靈活性，它必須能夠應(yīng)用不同的約束條件，能適應(yīng)不同的微孔和構(gòu)建技術(shù)的要求。元器件密度的不斷增加也對(duì)布局設(shè)計(jì)產(chǎn)生了某些影響，布局布線工具總是假設(shè)板上有足夠的空間讓元器件釋放機(jī)來(lái)釋放表面，以便安裝新的元器件，且不會(huì)對(duì)板上已有元器件產(chǎn)生影響。但是元器件順序放置會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)問(wèn)題，即每當(dāng)放置一個(gè)新的元器件后，板上每個(gè)元器件的最佳位置都會(huì)發(fā)生改變。這就是布局設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化程度低而人工干預(yù)程度高的原因。盡管目前的布局工具對(duì)依次布局的元器件數(shù)沒(méi)什么限制，但是某些技術(shù)人員認(rèn)為布局工具用于依次布局時(shí)實(shí)際上是受到限制的，這個(gè)限制大約為500個(gè)元器件。還有一些技術(shù)人員認(rèn)為當(dāng)在一個(gè)板上放置的元器件多達(dá)4,000個(gè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的問(wèn)題。同順序算法技術(shù)相比，并行布局技術(shù)能實(shí)現(xiàn)更好的自動(dòng)布局效果。

5.5 利用三維布局工具

3D工具主要用于目前應(yīng)用日益廣泛的異形和定形板的布局、布線工作。如 Zuken的Freedom最新工具，它先采用三維底板模型來(lái)進(jìn)行元件的空間布局，再進(jìn)行二維布線。布線過(guò)程還能告知：該板是否具備可制造性。布線工具還必須能處理在兩個(gè)不同層上采用陰影差分對(duì)的設(shè)計(jì)方法，因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)方法己變得日益重要了。而且隨著信號(hào)頻率的繼續(xù)提高，目前己出現(xiàn)了將布局、布線工具同用于虛擬原型的高級(jí)仿真工具集成起來(lái)的工具，如Zuken的Hot Stage工具。所以即使在虛擬原型階段也能對(duì)布線問(wèn)題進(jìn)行考慮?，F(xiàn)在，自動(dòng)布線技術(shù)已極為普及。我們相信，自由角度布線、自動(dòng)布局和3D布局等新型軟件技術(shù)也會(huì)同自動(dòng)布線技術(shù)一樣成為底板設(shè)計(jì)人員的常用設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)人員可用這些新工具來(lái)解決微孔和單片高密度集成系統(tǒng)中的電磁兼容等新型技術(shù)問(wèn)題[4]。

6 結(jié) 束 語(yǔ)

電磁兼容技術(shù)涉及的頻率范圍寬達(dá)0-400GHz，研究對(duì)象除傳統(tǒng)設(shè)施外，涉及從芯片級(jí)，到各型艦船、航天飛機(jī)、洲際導(dǎo)彈，甚至整個(gè)地球的電磁環(huán)境。電磁兼容技術(shù)也是DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要考慮的重要問(wèn)題，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)慕翟爰夹g(shù)使DSP系統(tǒng)符合EMC標(biāo)準(zhǔn)，它的電磁兼容性是作為重點(diǎn)研究并且有鮮明特點(diǎn)的領(lǐng)域。許多國(guó)家不僅各自加強(qiáng)這方面的研究，還成立了國(guó)際性的機(jī)構(gòu)，以便交流和統(tǒng)一規(guī)范。我國(guó)已加入WTO，如果電磁兼容指標(biāo)達(dá)不到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，生產(chǎn)的產(chǎn)品就沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，不能打入國(guó)際市場(chǎng)，在國(guó)內(nèi)也沒(méi)有銷(xiāo)路。因此，在己進(jìn)入了二十一世紀(jì)的今天，解決好電氣、電子產(chǎn)品（包括DSP系統(tǒng)）的電磁兼容問(wèn)題，有效的提高產(chǎn)品質(zhì)量，使其成為綠色產(chǎn)品，已刻不容緩。