值得买网站模板,邯郸招聘信息最新招聘,全球网站开发者大会,南昌市做网站公司EDA365欢迎您登录#xff01;您需要 登录 才可以下载或查看#xff0c;没有帐号#xff1f;注册x本帖最后由 lifree 于 2020-2-5 14:37 编辑2 ]3 p D% B4 \ {/ n# V |( A p O通用串行总线USB (Universal Serial Bus)协议从1.0版本发展到现在#xff0c;由于数据…EDA365欢迎您登录您需要 登录 才可以下载或查看没有帐号注册x本帖最后由 lifree 于 2020-2-5 14:37 编辑2 ]3 p D% B4 \ {/ n# V |( A p O通用串行总线USB (Universal Serial Bus)协议从1.0版本发展到现在由于数据传输速度快接口方便支持热插拔等优点使USB设备被越来越多人使用目前市场上以USB2.0为接口的产品越来越多而绘制符合要求的PCB板在USB设备应用中起重要作用。但在实际生产设计中由于USB的传输速率较高而系统中电路板上元器件的分布、高速传输布局布线等各类参数引起高速信号的完整性缺陷的所以由PCB设计所引起的信号完整性问题是高速数字PCB(印制电路板)生产设计者必须关心的问题。本文通过mentor信号完整性工具“Hyperlynx” 进行仿真分析总结了一套高速电路设计提供布局布线的分析方法串行总线以及其它高速电路的布线设计提供了理论依据。3 ~9 K n* H( z/ q J1 I; g$ Y( y0 g* ~3 ]6 c o- n, M8 a n$ g! E# p$ y1 t5 P0 r1 通用串行总线8 E( I; n# |- ?5 u f, ^9 e- ( Q! J7 O- S* [) q. B3 m k. _ {* P { ~; f: R* X5 R通用串行总线(USB)技术是为了弥补传统微机外部总线的不足而设计的随着应用的扩展USB的传输速率不断提高USB2.0传输速度为高速480Mb/s。 D2 X u D8 h K0 C0 X! e9 G. U5 N: V! Y/ i. j) v* _ _4 r% d4 h. [$ W) 对于USB信号的传输信号完整性是核心指标。USB总线应用差分信号传输数据在传输过程采用NRZI编码。在上位机与USB设备的交互中根据数据传输双工或半双工的状态不同工作于差分态、静止态和单终端三种状态其相应的电压或电压差也有所不同传输协议以此判断设备速率和信号数据。3 ^2 t V7 j I% m3 C0 T1 y2 B( {8 P3 [0 [2 U8 m2 b9 i4 {$ Q4 {- ]2 i v* i; F/ I# m% \在高速系统中差分线上高速信号的压制检测阈值、断开检测阈值和共模电压也都有一定的范围要求如表1所示。其中共模电压典型值为200mV另外其差分输入信号电平必须满足高速接收眼图的要求。/ z8 P) f5 E/ C: K* w q8 m. L8 C: n- F Z E, Y# K9 g3 ]0 C% s表1 高速信号的输入电平/ e- P O9 ]$ x8 H: A* ~1 S1 q, c/ ?6 D9 e5 r9 p- P a$ P$ , ]! P/ o. ], K6 ^0 [7 ^4 q M) _6 5 m G5 _7 x( v; T P4 s2 j0 A% z7 W J4 z) r8 r. m. Z k高频频率范围内R和G对特性阻抗的影响很小这种情况下传输线的特性阻抗为一个实数公式被简化为, _3 h) f2 \7 P% X! c7 J/ f1 T$ ^2 H r2 y( _ a* |/ [( O8 }% z; M0 R# X k: L* V4 u2 C1 k ~4 W/ G6 ~8 ~5 F; I! {: I \# h2 g5 E1 j$ k$ ^ # S此时的传播速度则为; G1 _5 T% P) I8 b B( w, C$ R8 AP1 j! u. J1 D0 r( ?8 _- _3 w. O8 R. ]# V特性阻抗是阻抗匹配的一个重要参数。阻抗匹配关系到信号完整性问题如反射、振铃等参量的控制。差分对匹配一般采用两种方式π型和T型。: r K y$ Z# [$ z h3 ] T8 V# h: z1 a! G _! g7 f$ c \m S0 u/ O/ j3 } j. M D8 n2.2 高速USB信号的眼图. g3 j y8 u# f Q, Y/ h0 t A i- v B! X1 M7 N% z8 d9 m9 E眼图就是由多个周期的数字信号波形叠加而形成的图形形状与眼睛类似因此被称为眼图。数字信号的眼图能清楚反映互连设计是否导致不能容忍的误码率。在高速串行应用中通行的做法是采用眼图验证串行链路是否满足系统的性能要求的。# y I0 x {) D$ T% G4 i9 a5 b b1 , n6 o% S M Z. y2 n: h7 ]6 F {9 s2 y- i b对于高速USB信号的发送和接收USB使用眼图来描述其各个位在传输时所需的电压幅值和时间安排。图1展示了高速USB系统的几个眼图测试点。其中TP1和TP4对应USB接口芯片的相应管脚(D和D-)它们分别被焊接在集线器和USB设备的电路板上TP2对应A型连接器的D和D-管脚TP3对应B型连接器的D和D-管脚(对于束缚电缆其也可能是直接连接在电路板上)。 f u! O5 W- 6 V2 i/ u: T# X! ] z* {: f) \5 G6 i0 I0 O6 k6 d5 C1 M! p# ]- C1 R U F图1 眼图测试点( g) ! V Y! _ B F3 e. Z3 H4 N- Z ^# P$ J: ~. U k! H# I i; P1 l |( o2 l0 \7 E2 v) N7 t* o2 s# OUSB定义了6种眼图模板其中定义在集线器TP2点或在USB设备(使用非束缚电缆)TP3点处的眼图模板表示接收高速USB信号时所需的电压分辨力如图2所示。L. J* S9 ?8 ; K; G5 w3 P. a$ ^; 3 V1 K$ L* ^1 L- S e( q T4 Y4 s) e ~) t8 J: T5 m* h% S图2 眼图模板 3 {7 E f6 \, V i/ x# T( b5 T6 o0 C6 O* |/ P- e1 b$ W! F( Q, l3 信号完整性(SI)仿真* d, g G; T5 l: T d- B( x0 _ w, 6 s- K9 }1 O) s. z8 J K9 T9 w利用LineSim搭建USB2.0仿真原理图如图3所示其中包括主机控制器和外围设备控制器设置了从主机到外围设备使用最大允许传播延迟模拟一个28AWG带状电缆和5米的USB电缆以及外围设备的布线。) e {8 [6 ! G Z8 a) ?% \3 K# V图3 USB仿真结构模型8 b3 l5 z% }6 O N6 _, k8 j D; {; H7 }( r2 n5 U; K1 y0 F- Q# K% ~ k% J L ^4 j F仿真得出差分信号的波形以及USB2.0接收端的眼图如图4、图5所示。其图中弱的信号质量是由于带状线的阻抗不连续产生因此将模型结构中带状线的差分阻抗变化范围为115 ohms~92ohms。调整之后差分信号波形如图6所示眼图如图7所示。0 o {, z% W0 }/ s6 L. k$ [: {- B8 m! n/ W- z; H( [ n7 G9 T9 \3 e: c6 T- u8 A由上图可以看出经过调整带状线的特征阻抗差分信号波形有了明显的改变信号完整性问题得到了改善眼图宽度和高度均有增大平均上升时间、平均下降时间均减小平均下降速率和上升速率即斜率均增大但是就其仿真来看所得到的结果仍和理想的结果有一段距离继续改善模型结构图中其他相应模块的参数最终仿真得出了满足USB2.0规范的眼图和差分信号如图8和9所示。% }) g3 L2 K/ J* I9 e# n( s/ W0 m3 w4 ; S3 K) h$ e( x4 |: l. Y9 q d7 v2 } h) k J6 : A: e p图4 差分信号波形/ p% S ^- N0 G! ]4 x- A [) r: W3 O4 Q8 z/ a; s4 a) p1 S9 }, C Y: W3 X b! {1 t/ Z) l c% v7 }( ? Dj0 x: ?. ^5 a9 R u: z: K g Q- a Y图5 仿真结果7 S; x8 k/ e6 p- P* E; H# U) N( b$ ~ P y x, O X4 D p; \; D/ J) h! M4 W% J D g6 O- J/ M4 { O1 U k F# {, | c J4 L3 I6 _1 j$ e图6 差分信号波形$ q* f4 C, { l$ {6 |4 s1 L9 G* B* t7 m% [7 j$ [! B0 w0 L; P o. \2 Z( ~ O* v, U! q, T( D Q5 w5 K l1 P/ I: n0 ~图7 仿真眼图结果 B8 A2 N: H f$ Q, L3 p ]5 A# w4 i/ c% x8 Z: ] h8 {, W q3 m5 P9 d, U8 ?) l8 b b- d 1 o l- t( e5 d; v6 3 C# T图8 差分信号波形* }, r3 A I- L( J e1 D A$ h( D$ F l w: F- n4 t6 I) B e c v7 Y$ m6 b L8 w* q3 ! W u1 k$ d ^, z. r X g( C |图9 仿真眼图结果; L r) i# ] T! {/ L d K- i( h s {5 f# E% B ~) P7 n0 O3 S R8 N0 I* a I7 I8 { D ~ i | L# ?4 ]仿真数据结果为, G! K7 O9 a5 P5 o* ~ Q. s W! s# k/ p2 k- f3 o7 |8 W; E# i( D, S6 j5 \Peak-to-Peak Voltage:1.58V k9 l3 m7 Q6 M0 D/ d% X! * s6 o, ^) j* o u a, u: xPositive Overshoot: 229.4 mVNegativeOvershoot: 198.2 mV/ d F j. ~2 p( F- E O8 ? u ]; ) i4 c c9 X2 k( _ L4 L5 aAvg fall time: 969.697psAvg rise time:960.398ps* H# |* J \* {: K5 U. j* I6 h1 m9 P, M) z) W0 c) s x2 R% g: Y j T8 iAvg fall slew rate: 0.716 V/nsAvg rise slewrate: 0.723 V/ns* b5 s3 h8 u5 B( f7 n! E- {- M% ] v, C1 a9 L6 8 b ^ T/ a4 V {7 PEye Width: 1.804nsHigh level: 565.2mVLow level: -592.2 mV7 ?; J$ ?/ s$ J1 a( Z L( z, ]4 E k5 ^5 G$ p3 d! I! pEye Height: 862.6mVHigh level: 565.2 mVLow level: -592.2 mV5 R/ B- k9 ^: C4 j T ] C1 d: h/ $ G W! C/ t! y( ] h% B9 H, ~ F$ v: }通过以上仿真过程及结果得出眼图的各项数据可以体现信号分析的性能指标。最主要的是通过眼的宽度、眼的高度、平均上升时间、下降时间、平均上升速率和下降速率(即斜率)这些指标能够体现信号的优劣程度。5 ~9 b% ^7 W( J0 K# Q9 F/ B5 z( K- k$ D7 Q/ ]: } z: l% X; [) Z3 s* j _ Z: [4 结论/ c S: A$ \: \4 T: F! h I* \# C Y. O% i, s K7 W9 O: [9 C眼图作为数字设计的参考依据图中的眼宽、眼高、过冲、单位间隔和门限交叉抖动为重要参数依据。峰-峰值抖动门限交叉抖动/单位间隔×100%。为了使接收器能够正确地采样数据眼图必须满足一定的高度和宽度其具体参数由器件的特性决定根据眼图可以知道实际情况是否满足系统设计。5 o! f L3 K4 L2 C0 q6 R, i. ! B- j3 m: ] j/ I T6 C7 M8 W! Y2 L9 T7 m; C0 a. | X特性阻抗通常由PCB的层叠结构和PCB走线宽度/间距决定的首先明确好需要实现的信号的特性阻抗确定关键信号的走线宽度/间距选择好板材的层叠结构通常微带线线宽、走线的铜皮厚度、微带线到最近参考平面的距离以及PCB板材料的介电常数共同影响其特性阻抗而影响差分线阻抗的主要参数为微带线阻抗和两根微带线的线间距。当两根微带线的线间距增加时差分线的耦合效应减弱差分阻抗增大线间距减少时差分线的耦合效应增强差分阻抗减小。这在实际布线中的到了验证本文总结的USB电路布线设计方法可以为高速电路设计布局布线的分析方法串行总线以及其它高速电路的布线设计提供理论依据。! o5 q9 l0 G* i8 f8 d- p0 y) ] A4 v/ e% w1 Y, \* C# G$ B) U0 S, H* C2 ~/ }: e, E『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』
