|
- UID
- 872339
|
关键字：PCIExpress 串扰 EMI 信号完整性
提示:
. 向更高速和更高信号频率的每次新进步，都使总线对信号失真和异常更加敏感，这些异常可能破坏吞吐量并造成系统堵塞。“并行化的串行”标准对信号完整性问题影响甚大。众所周知，极高速电路很难检测。
. 一种方法是用光背板来改善信号自身路径；另一种改进信号完整性的方法是用均衡方法来修饰信号，尽量减少串扰。
. 很多设计人员对信号路径采用更好的设计实践经验，控制串扰和EMI。
. 大多数致力于信号完整性问题的工程师都同意，对于高速系统设计而言，仿真正在成为必需。
电子设计趋势推升了设计的复杂度与速度，如多个高速总线的使用，因此带来了新的信号完整性挑战。有鉴于此，EDN邀请了一些做信号完整性工作的工程师召开了一次虚拟座谈会，探讨当前的危害情况，评估现有测试设备能在多大程度上符合要求，并确定如何从短期和长期两方面改善信号完整性问题。当然，很多东西都会影响到信号完整性(参考文献1)。在本次讨论中，我们主要关注串扰与EMI(见附文：关注DESIGNCON上的信号完整性)。
问题何在？
很多有经验的人都注意到了多个高速总线对信号完整性的影响，以及如何避免相关的问题。Tektronix公司高级技术与营销经理Chris Loberg与AssetInterTech公司设计验证与测试副总裁Tim Caffee都认为，高速总线上工作裕度的缩减是这些挑战的来源。
Loberg认为：“设计趋势是更快的串行速度，超过10Gbit/s，没有新的高性价比架构能够改善信号路径的适应性问题，如对EMI和串扰。因此，必须做像均衡这样的信号调节，以尽量减少EMI与串扰的影响，让接收器能够精准地确定串行总线的逻辑变换。”
Loberg注意到，1或0变换之间的间隔时间正在不断缩小，因此，在传统上用于变换评估的眼图中，EMI与串扰正在使眼“闭合”。工程师们不再能够有效地评估信号完整性问题，因为对交越点与时序完整性的评估已变得更加困难。
Caffee指出，高速总线每发展一代，工作裕度都随信号频率的增加而缩减，产生了诸如抖动、符号间干扰(ISI )以及串扰等影响，对高速SerDes与存储器通道的信号完整性是一种浩劫。速度和信号频率每提高一步，总线都会对失真与异常更为敏感，可能导致流量的中断或系统堵塞。
图1中的眼图展示了这一点，图中显示了不断增加的信号频率对三代假想高速总线的作用及结果，即缩小了总线上的工作裕度。随着频率的增加，即使最轻微的失真也可能损及信号的吞吐量。
Teledyne LeCroy公司信号完整性产品经理Alan Blankman相信，更高的码率(>25 Gbit/s)以及“并行化串联”标准(如PCIExpress、40/100Gbase-R和InfiniBand)都是引起现在信号完整性问题的原因。他说：“更高码率要求较高频率成分有更快的边沿，这样，在连接器、过孔、封装等阻抗失配处就会产生更大的反射，会有更高的损耗以及更多的串扰与EMI产生，因为增加了与邻近走线的耦合。”
安捷伦技术公司信号完整性计划经理Shamree Howard补充说，较高的速度还给精确的数据捕捉带来了麻烦，因为它需要精准的触发。她认为，抖动的测量是确定高速数据链接特性的关键，并指出：“抖动的测量是很复杂( 即使给用户提供了某种一键界面)，它要考虑时钟恢复及锁相环知识、抖动分解技术及其假设、串扰及其影响，以及不同的波形统计分析方法等”(参考文献2)。Howard补充说，安捷伦的U4154A4-Gbit/s AXIe逻辑分析仪可以对小至100ps×100mV的眼开度做出可靠的测量(图2)。
SignalConsulting公司的Howard Johnson也同意这点，大家都知道极高速电路很难检测。Johnson说：“即使有这么一种可以完成任务的探头，我们通常也没办法把它放到待测电路中的某个点上。”他建议采用协同仿真方法，或同时开发物理电路及其软件仿真的方法。
Ransom ’s Notes 公司的Ransom Stephens注意到，尽管领先制造商拥有新的示波技术，但现在仍然没有能明确地识别串扰的自动方法。最新测试产品提供了以误码率(BER)评估串扰作用的方法，但它们全都是采用排除法。
Stephens承认：“避免串扰的原理虽简单，但实际上有时是不可能的。”当一个干扰信号做逻辑变换时，震荡的辐射就造成了串扰，因此增加上升/下降时间能减少串扰。由于串扰就是一种干扰，因此增加走线间距也有很好效果。
Stephens建议：“不过我觉得，细心的差分设计是最佳措施。如果你真能让差分偏移降下来，让两根走线几乎完全相互依靠，那么差分信令就有好的机会来抑制串扰。”
如何改善SI？
Tektronix公司的Loberg认为，我们有几个方法。首先就是改变和增强信号本身的路径。一个办法是采用光学背板。这个办法正在逐步实现，但并非主流(想想Thunderbolt)。另一个改善信号完整性的方法是用均衡方法去修改信号，来尽量减少串扰。例如，可以对芯片做硬编码，或编译FPGA的代码，实现信号均衡。另外，很多设计者通过对信号路径的更好设计，来控制串扰和EMI 。
Asset InterTech公司的Caffee建议工程师在系统生命周期的每个主要阶段(从设计到现场运行)，都要对总线的信号完整性做验证，不过他也承认这是一个具有挑战性的工作，因此不是一个普遍的方案。如果在原型板制造期间发现问题，则可能造成设计的变化；如果是在生产期间发现问题，则可能改变生产工艺。如果是在现场发现问题，则要对性能不良的系统、设计做查错，下一代产品应做设计变更，生产工艺变更，以减少退货和保修问题。
Anritsu公司业务发展经理HiroshiGoto建议将预加重作为一种有效的传输技术，以保持眼图的开度。当传输速度增加到20Gbit/s甚至更高时，Goto建议采用一种3阶或4阶加重信号，以增加被加重的位数。
但是，要对每一阶检查与设定加重率的组合，这也是一个复杂的工作，在没有定量指导情况下，难以找到理想的加重信号。
Goto称，Anritsu开发了MP1825B四阶加重与传输分析软件，与MP1800A信号质量分析仪B E R 测试套件(BERTS)一起使用，能根据待测设备(DUT)的“反相特性而找到理想的加重设置”(图3) 。“这提升了眼的高度，维持了眼的开度，从而能在最短的时间内做出更好的定量信号完整性分析。”
|
|
