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高速视频处理系统中的信号完整性分析
收集整理:佚名    来源:本站整理  时间:2009-01-10 23:59:46   点击数:[]    

ctSynthsis仿真测试可得此时钟线的传输阻抗Zo=47Ω。因此,在DSP的SDCLK时钟的输出端应采用串联匹配法[1][3],串入47Ω的电阻进行源端匹配消除源端的信号反射现象。对于负载端的反射,根据公式(1),要使PL=0,必须保证负载阻抗RL=Zo。因此,在SBSRAM的时钟输入端口应采用戴维南终端匹配法[1][3],并联两个电阻R1和R2且R1=R2=94Ω(R1//R2=Zo)实现终端匹配,其端接前后InterconnectSynthesis仿真的波形如图5所示。端接后信号线的反射噪声明显减小,满足了系统对时钟信号完整性的要求。

2.3 信号的串扰

串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁耦合对相邻传输线产生不期望的电压或电流噪声干扰。随着电子产品的小型化,PCB板线间距减小,串扰问题更加严重。

对于高速电路来说,一般都采用平板电源地层,两导体间的串扰取决于它们的耦合电感和耦合电容[3]。在数字电路设计中,通常感性串扰要比容性串扰大,所以应重点考虑导线间的互感问题。两导体间的感性串扰系数计算可以通过下式得出:

式中,常数k取决于信号的建立时间和信号线的干扰长度(平行长度);H为信号线到平板地层的距离;D为两干扰线的中心的距离。由(4)式可知,串扰大小与线间距(D)成反比,与线平行长度(K)成正比,与信号线距地层的距离(H)成正比。针对这些串扰的特性,结合图1设计本系统时,主要用以下几种方法减少串扰:(1)加大线的间距,尽可能减少DSP与SBSRAM、SDRAM以及FPGA之间高速信号线的平行长度,必要时采用jog方式走线;(2)高速信号线在满足条件的情况下,加入端接匹配减少或消除反射,从而减小串扰;(3)将信号层的走线高度限制在高于地平面10mil左右,可以显著减少串扰;(4)用InterconnectSynthsis进行仿真时,在串扰严重的两条线之间插入一条地线,可以起到隔离作用,从而减少串扰。

2.4 地弹噪声

随着数字设备的速度变快,它们的输出开关时间越来越少。当大量的开关电路同时由逻辑高变为逻辑低时,由于地线通过电流的能力不够,电流涌动就会引起地参考电压发生波动,称之为地弹。

在地弹现象的分析中,对驱动设备来说,外部设备都被看作容性负载即(Cl~com)。这些容性负载储存的电荷量Q可由下式决定:

Q=V×C

上式中,V是电容器两端上的电压,C是容性负载的电容。

一个设备外界和地线通路都有内在的电感L[2]。在大量数字逻辑输出由高电压变为低电压的过程中,储存在负载电容的电荷会涌向设备地,这个电流浪涌会通过电感L产生电压V GND,其大小可用下式得出:

VGND=L×(di/dt)

由于系统地和设备地之间的电压VGND的存在,对于各逻辑器件来说,其有效输入电压值为:VACTIVE=VIN—VGND。如果地弹产生的电压值VGND过大,就会导致各器件对输入电压判断的错误,扰乱整个系统的正常工作。

    结合图1设计本系统时,由于FPGA控制逻辑部分存在大量快速开关输出电路,当这些开关电路同时发生逻辑变化时,产生的开关电流会涌入地平面回路,破坏地平面的参考电压,引入地弹噪声。对于地弹噪声的干扰,通过下面几种方法可减小地弹对电路的影响:(1)增加VCC/GND间的去耦电容个数,并尽可能使其与Vcc/GND对数相等;(2)降低器件的输出容性负载,减少负载器件个数;用SN74LVTH62245驱动器实现FPGA同步输出引脚与DSP数据线的隔离;用SN74LBI6244构成地址隔离,降低同步噪声对DSP高速电路的干扰;(3)在电源输入端跨接10~100μF的电解电容,在每个集成电路芯片都布置一个O.1μF的瓷片电容,滤掉电源和地的噪声信号;(4)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的SBSRAM、SDRAM存储器件,在芯片的电源线和地线之间接入0.1μF的退耦电容。在采取地弹噪声处理后利用频谱分析仪测得系统的骚扰频谱,可以发现频谱已经变得很平坦,骚扰电平已降到系统容许的范围以内,达到了系统对地参考电压的要求。

在高速电路设计中,信号完整性问题是一个复杂的问题,往往有许多难以预料的因素影响整个系统的性能。因此信号完整性分析在高速电路设计中的作用举足轻重,只有解决好高速设计中的信号完整性问题,高速系统才能准确、稳定地工作。



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