DSP的電磁兼容性問題探討

　　3 DSP軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取的措施

　　軟件方面的干擾主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)不正確的算法產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果，最主要的原因是由于計(jì)算機(jī)處理器中的程序指數(shù)運(yùn)算是近似計(jì)算，產(chǎn)生的結(jié)果有時(shí)有較大的誤差，容易產(chǎn)生誤動(dòng)作;(2)由于計(jì)算機(jī)的精度不高，而加減法運(yùn)算時(shí)要對(duì)階，大數(shù)“吃掉”了小數(shù)，產(chǎn)生了誤差積累，導(dǎo)致下溢的出現(xiàn)，也是噪聲的來源之一;(3)由于硬件方面的干擾引起的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的諸如：程序計(jì)數(shù)器PC值變化、數(shù)據(jù)采集誤差增大、控制狀態(tài)失靈、RAM數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化以及系統(tǒng)出現(xiàn)“死鎖”等現(xiàn)象。

　　3.1 采用攔截失控程序的方法

　　(1)在程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵處插入一些空操作指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)幾次，這樣可保護(hù)其后的指令不被拆散，使程序運(yùn)行走上正軌;(2)加入軟件陷阱：當(dāng)PC值失控使程序失控后，CPU進(jìn)入非程序區(qū)，這時(shí)可用一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)迫程序進(jìn)入初始入口狀態(tài)，進(jìn)入程序區(qū)，可每隔一段設(shè)置一個(gè)陷阱;(3)軟件復(fù)位：當(dāng)程序“走飛”時(shí)，運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，使系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位而重新初始化。

　　3.2 設(shè)立標(biāo)志判斷

　　定義某單元為標(biāo)志，在模塊主程序中把該單元的值設(shè)為某個(gè)特征值，然后在主程序的最后判斷該單元的值是否不變，若不同了則說明有誤，程序就轉(zhuǎn)入錯(cuò)誤處理子程序。

　　3.3 增加數(shù)據(jù)安全備份

　　重要的數(shù)據(jù)用兩個(gè)以上的存儲(chǔ)區(qū)存放，還可以用大容量的外部RAM，將數(shù)據(jù)作備份。永久性數(shù)據(jù)制成表格固化在EPROM中，這樣既能防止數(shù)據(jù)和表格遭破壞，又能保證程序邏輯混亂時(shí)不將數(shù)據(jù)當(dāng)指令去運(yùn)行。

　　4 利用EDA工具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵因素

　　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。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，布局和布線已越來越一體化了，并成為了設(shè)計(jì)過程的重要組成部分。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。

　　4.1 自動(dòng)布線技術(shù)

　　由于要考慮電磁兼容(EMC)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。在幾年前，一般的電路板僅需 6 個(gè)差分對(duì)來進(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，但無需對(duì)每個(gè)管腳或節(jié)點(diǎn)都加以限制。

　　4.2 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，但其封裝尺寸并沒隨之?dāng)U大，再加上管腳間距和阻抗因素的限制，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DSP產(chǎn)品中，底板的大小與其上的器件大小相差無幾，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法進(jìn)行自動(dòng)布線。而自由角度布線工具具有大的靈活性，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。

　　4.3 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)布線工具來引出。目前有兩種方法可解決這個(gè)問題：(1)通過球下面的孔，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。現(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提高信號(hào)的完整性和EMC性能。

　　4.4 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DSP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)椋捎玫入x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，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) 4000個(gè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的問題。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。

　　4.5 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進(jìn)行元件的空間布局，再進(jìn)行二維布線。布線過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。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)布線問題進(jìn)行考慮。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)問題。

　　5 結(jié)束語

　　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。許多國家不僅各自加強(qiáng)這方面的研究，還成立了國際性的機(jī)構(gòu)，以便交流和統(tǒng)一規(guī)范。