解決串行接口中的信號完整性問題(05-100)

　　一直以來,信號完整性都是模擬工程師考慮的問題,但是隨著串行數據鏈接的傳輸速率向GHz級發展,數字硬件設計人員現在也必須關注這個重要的問題。

　　目前,芯片之間的高速串行鏈接已經獲得了廣泛的應用,用于提高較窄的總線帶寬的吞吐量。一些最新的DSP和處理器已經開始采用串行RapidIO對于很多硬件設計人員來說,芯片間通訊使用超過300MHz的總線速率是一個新的挑戰,而設計出GHz級數據傳輸速率的高質量數據鏈接則要求更多的細心和了解,才能確保電路板設計和噪音不會損害到性能。

　　本文探討設計人員可能會面臨的一些信號完整性(SI) 問題和注意事項,重點介紹他們面臨的問題,并提出一些建議。為了舉例說明如何應用這些原則,本文介紹了一種16 端口串行RapidIO交換機。

　　注意事項

　　信號質量非常重要,在串行RapidIO 中,它是通過接收眼的大小和形狀來量化的。接收眼是一種無限延續的軌跡,在接收眼中,波形會隨著上一個軌跡不斷延續(圖1)。如果信號路徑中吸收了噪音或其它隨機信號,便會引起信號抖動和接收眼收縮,從而導致信號質量下降。

 

　　圖1 包含一個接收眼圖的范圍軌跡

 

　　圖2 脈沖過沖和下沖的典型特征

　　在超過300MHz 的頻率上,適用于較低頻率電路板設計的大部分最佳做法都需要修改。FR4材料或許還能夠成功用作基礎材料,但是在更高的頻率上,則需要在阻抗計算和軌跡建模中重新考慮材料的介電常數和損耗系數。通孔通路的設計也變得十分重要,因為未使用的管狀長度會表現出同較厚的電路板和背板不匹配的阻抗。請貼出設計模擬以便對性能進行檢驗,并注意信號完整性不太理想的路徑,同時指出串音區域。