基于Hyperlynx的弹载计算机总线信号仿真分析

抗为 ５ ０ ｏ ｈ ｍ ，传 输 时延 为 ５ ｎ ｓ 。
２ 信号反射理 号发生发射时 ，传输 线上 反射 节点处的 电压 ｖ由原来 的 入射 电压和反射 电压叠加而成 ：
Ｖ 黜ｔ ¨ 蛊 学：（ １ 十ｐ ） 剥
．
４结论
为 了改善信号质量，使系统可 以正常工作 ，结合仿真及
在 高速 电路 中，驱动源 的输 出阻抗一般小于 Ｐ Ｃ Ｂ传输线 的特性 阻抗 ，而 Ｐ Ｃ Ｂ传输线 的特 性阻抗也总小于接收源的输 入 阻抗 。系统 中信号反射 问题 的产 生正是 由于这种传输线阻 抗 的不 连续性引起的 。极端情况下 ，会 引起信号在驱动和接 收两端 不停 的反射 。由反射现象 引起 的振荡 、过冲 、非单调 等信号完整 性就成为高速 电路设计 中必须解 决的问题 。
摘 要 ：在 高 速 数 字 电路 设 计 过 程 中 ，信 号 完 整性 问题 是 影 响 设 计 能 否 成 功 的 重 要 问 题 之 一 。 在 某 型 弹 载 计 算 机 设 计 过 程 中 ， 由 于反 射 引起 的 信 号 失真 ， 导致 整机 系统 无 法 正 常 工 作 。 通 过 在 仿 真 软 件 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｉ ｙ ｎ ｘ中建 立 相 应 的 仿 真 模 型 ，分 析 、 比 较 了不同阻抗 匹配条件 以及不 同拓扑结构 的措 施消除信号反射的效果，最后将两种方法结合起来应 用，选取最优条件 ，排除 了系统故障。在 解决有关信号 完整性 问题时 ，综合考虑不 同方 法的优缺点，灵活应用，可 以有效提 高设 计效率。 关 键 词 ：高 速 电路 ：信 号 完 整 性 ：反 射 ：Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｉ ｙ ｎ ｘ
３信号反射 的仿真分析
３ ． １系统框架
在 某 型 弹 载 计 算 机 的 设 计 中 ，Ｃ Ｐ Ｕ 采 用
Ｔ Ｍ Ｓ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２ Ｇ Ｈ Ｈ Ｓ ，Ｆ Ｐ Ｇ Ａ采 用 ｖ ｉ ｒ ｔ ｅ ｘ ４ Ｆ Ｆ ８ ９ ６，Ｄ Ｒ Ａ Ｍ使 用 Ｍ Ｔ ４ ７ Ｈ １ ２ ８ Ｍ １ ６ Ｇ Ｈ 。这些设备都通 过总线用星形 结构连接起来 ， 并通过总线共享 ６ ６ Ｍ Ｈ ｚ时钟信号。初始设计完成后 ，整个系
电工技 术 － 理论 与实践
基于 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｌ ｙ ｎ ｘ的弹载计算机总线信号仿真分析
高 浩’ 刘 国宝
１ ． 中航 工 业 西 安 航 空计 算 技 术 研 究所 。 陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ６ ５
２ ． 空军驻西北地 区军事代表室，陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ５
１ ． ２信号完整性 问题
从广义上讲 ， 信 号完 整性 问题指的是在高速产 品中由互 连 线引起的所有 问题 。这些 问题分 为 以下三种影响和后果 ： 时序、噪声、电磁干扰。所有与信号完整性噪声 问题有关 的 效应都与下面 四类特定噪 声源 中的一个 有关： Ａ ． 单一 网络 的信号完整性 ； Ｂ ． 两个或多个 网络 间的串扰 ； Ｃ ． 电源和地分配 中的轨道塌 陷； Ｄ ． 来 自整个系统 的电磁干扰和辐射 。
中图分 类号 ：Ｔ Ｐ ３ ９ ９
文献标 识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ ２ ． １ ３ ８ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ — ０ １ ９ ３ ． Ｏ １
在高速集成 电路 的设计中，当工作频率大于 Ｉ Ｏ Ｏ Ｍ Ｈ ｚ时， 电路板上 的所有信 号线都可能 由于反射、串扰 、时序延迟等 信 号 完 整 性 问题 引 起 信 号 质 量 下 降 ，无 法 正 常 完 成 电 路 功 能 。所 以在高速 电路设计 中，通常需要 引入一些硬件设计方 案 ，特 别是通过仿真工具对信号完整性进行 分析 ，以减少或 消除信号完整性 问题 带来的不利影响。
１信号完整性 分析
１ ． １信号完整性定义
信号完整性是指信 号在信 号线上的质量 ，即信号在 电路 中能 以正确 的时序和 电压做 出响应的能力 。 如果某 电路 中的 信号能 以要求 的时序 、电压到达接 收端 ，则认为 电路具有 良 好的信号完整性 ，否 则认 为信 号完整性差。 信号完整性实 际就是信 号从远 端发出，并经过传输线后 到达接收端并保持可 以被接 收端正确识别的信号质量 。对大 多数 电子产 品而 言，当时钟 频率超过 Ｉ Ｏ Ｏ Ｍ Ｈ ｚ或上升 变小于 ｌ ｎ ｓ时，信号完整 性效应就变得重要 了，通 常将 这种情况称 为高频领域或高速领域 。
统无法正常工作，经测量 ，发现时钟信号在接收端发生严重 失真 。经分析 认为 ，连接在总线上 的设备较多 ，输入阻抗与 传输线阻抗不一致 ，导致信号传输过程 中发生反射 ，引起失
真。
３ ． ２仿真分析
为简化分析，仿真时只选取了 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ和 Ｄ Ｒ Ａ Ｍ进 行研 究， 采用星形拓扑结构 ，在 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｌ ｙ ｎ ｘ仿真软件 中，时钟信号通 过Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｌ ｙ ｎ ｘ 软件 中模拟时钟输 出的模 型 Ｃ Ｌ Ｋ Ｅ Ｎ 提供 。传
输线阻抗均为 ５ ０ ｏ ｈ ｍ 。图３ 为该电路中驱动端与接收端的时
钟信号 ，其中带黑点的信号线为接 收端信 号 （ 下同）。 ３ ． ２ ． １源端串联匹配 仿真 中，时钟信号频率为 ６ ６ Ｍ Ｈ ｚ 。 从仿真结果可 以看出，对于时钟信号 ，如果采用源端串 联匹配，当串接 电阻为 ３ ０ ｏ ｈ ｍ 时 ，接收端时钟信号基本没有 改善 ；当 串接 电阻为 ３ ０ ｏ ｈ ｍ时，接 收端 的下冲被彻底消 除，
振荡现象明显得到改善，但上升、下降时间较长；当串接电
阻改为 ５ ０ ｏ ｈ ｍ时，信号上升、下降时间变得更长 。 综上所述 ， 当串接 电阻为 ３ ０ ｏ ｈ ｍ时，接 收端 的时钟信 号质量最佳 。 ３ ． ２ ． ２改变拓扑结构 除 了进行阻抗匹配，还可 以通过改变 电路的拓扑结构来 改善信号质量 。将 上文的星形拓 扑结构 改为菊花链 的结构 ， 如图 １ ４ 所示 。其 中，源端匹配 电阻为 ３ ０ ｏ ｈ ｍ ，传 输线特征阻