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2009年以来,3G/4G/802.11n/802.11ac等新兴无线通信系统的蓬勃发展对宽带无线传输系统(50Mbps～Gbps吞吐率的)及其架构的信号完整性、电源完整性提出了严峻的挑战。2010年以来,芯片制造工艺的进步使得信号上升沿时间降低到1ns-3ns之间。随着信号上升沿时间降低,PCB板上互连传输线效应开始明显,由此引发的反射、串扰等信号完整性问题变得严重。
本文对宽带无线传输系统的信号完整性、电源完整性问题进行了全面的研究,研究了架构组成、信号完整性和电源完整性设计方法及其流程,并结合上述研究提炼出一系列针对宽带无线传输系统的PCB约束准则。
本文的研究主要集中在以下几个方面:
1、总结了宽带无线传输系统架构的信号完整性、电源完整性的设计方法,提炼出其设计指标;
2、深入研究了影响信号完整性的阻抗、反射、串扰三方面因素。分别对SMA下走线是否挖空、线宽变化、走线参考平面是否挖空、不同焊盘大小等影响阻抗的因素进行了研究;分别对信号上升时间、过驱动、欠驱动等影响反射的因素进行了研究;分别对线间距、净化攻击信号线和受害信号线上信号、介质厚度、介电常数、不同走线延迟等影响串扰的因素进行了研究;
3、深入研究了宽带无线传输系统架构及其信号完整性问题并总结了信号完整性仿真和分析流程。研究了该架构中常见的。DDR模块、PCI接口、宽带无线传输芯片BCS5731的信号完整性问题。研究了DDR中源同步时序原理、SSTL-2电平标准对终端端接要求;研究了PCI接口中并行、串行拓扑结构对时序影响和菊花链拓扑对桩线长度的要求;研究了BCS5731的公共时序,并基于SMIC的sp018w.ibs模型,对BCS5731芯片进行了信号反射研究。深入研究了宽带无线传输系统中电源完整性问题。总结了信号完整性和电源完整性相互关系。研究了电源完整性中电容去耦原理和目标阻抗并分别就电容组合,电容中等效电阻、电感对反谐振阻抗影响等进行了详细分析。对本文设计的宽带无线传输系统PCB基板BCS700上1.2V、宽带无线传输系统PCB子板BCS500上1.8V和3.3V电源的目标阻抗进行了分析和实际去耦网络的设计;
4、对上述研究中影响信号完整性和电源完整性的指标,进行了测试。测试结果表明:1)阻抗误差小于+/-10%;2)不同线宽、焊盘大小实测结果与仿真结果吻合;3)BCS700上1.2V、BCS500上1.8V和3.3V电源与地之间阻抗小于目标阻抗,电源波动小于5%;4)DDR建立时间tDS≥0.5ns,且其源同步时序建立时间容限Tsetupmargin≥0;5)PCI接口能够与普通电脑传输数据;6)BCS5731芯片的公共时钟时序建立时间容限Tsetupmargin≥0。