华为公司是如何开展信号完整性和电源完整性分析研究工.pdf

【■—【■一C【lh】in国aIn集tegr成ated电Cir路cuit企⋯业与产⋯品J华为公司是如何开晨信号完整性与电源完整性分析研究工作的作者姜向中厉进军张胜利华为公司互连设计部(早期的名称为CAD部)早期，华为信号完整性(sI)工程师在信号完整为了开发高速电路，随后为了解决电路电源稳定性性分析时，最大的问题是能否及时得到精确的元器问题，先后开展了信号完整性和电源稳定性的分析，件IBIS(Input／OutputBufferInformationSpecification研究工作；取得了一定成绩，在一定程度上，解决了(输入／输出缓冲信息规范))仿真模型。由于华为产品开发中所遇到的问题，现将情况简介如下。在设计线路板时使用了越来越多的高密度器件，使得这项工作变得十分困难；加上只有少数芯片供应1关于信号完整性在华为的历程商能提供IBIS模型，即使有模型，其质量也是勉勉强强。所以很多工程师说他们要花一半的时间用于华为公司互连设计部从1997年开始就意识到模型的获取、调试和验证模拟上。高速电路是需要深入研发的一个领域。从此成立了为了解决这个问题，华为设立了自己的模型小专门的团队投入到信号完整性分析的研究上面来。组作为EDA库管理的一部分。他们是元器件方面的当时首先的切入点就是IBIS模型的测试建模和仿专家，从供应商那里获得Spice模型后可以在其基真对比。以此开始了最初的仿真和测试并积累了经础上建立起行为级IBIS模型。如果是从供应商那里验。99年初，华为的信号完整性技术首先在某宽带直接得到的IBIS模型，则对其准确性和语法进行检交换产品上面获得成功应用，解决了50Mbps的并查。大约有20％的元件不能立即得到Spice或IBIS行总线的过冲和串绕问题，并推出了第一块模型，工程师们就直接从测量数据或产品规格中生1．25Gbps的高速串行总线背板。2002年，互连设计成默认的模型，通常会将该模型与Spice模拟或测部建设完成了国内第一个高速设计实验室，配置了量的数据相比较，以确保其准确性。完备的时域和频域测试和仿真环境，并在这个实验这样，华为的模型小组逐渐建立起自己一个初室里面，完成了3．125Gbps以上的高速背板研发工具规模的IBIS模型数据库，为提高信号完整性的仿作。真效率，和保证其质量奠定了关键性的基础。2003年之后，华为的互连设计向差异化方向发展，逐步建立起了射频无源微带器件设计、芯片封装3关于电源完整性选型和设计、低成本单板设计等多种业务。随着器件瞬态切换功率越来越高，器件工作电2输入／输出缓冲信息规范压越来越低，噪音裕量变小，在实际设计中遇到的影模型(IBIS)数据库的建立响电源稳定性的现实因素越来越多，在互连设计时进行电源完整l生分析已成为必然。从2002年启，华h+．n．IhJ^．^i，、mn，、^为开展了电源分布系统的研发工作。一个电源分布系统由电压调整器VRM、BULK电容、高频退藕电容、电源地平面四个对象构成。在IC电源噪声的瓶颈情况下，无源器件建模仍然是电钽电容的分布电路模型源完整性分析的重点。分立电容采用传统RLC电路L5：．．模型是不足的，简单的RLC电路不能正确的预测并C=C5‘联元件引起谐振的幅度和频率。在大于谐振频率的频段内，孤立电容有比料想较高的ESR和较低的电4》i感。33早期，华为通过频域测试，建立基于S参数的电。容库，但是s参数模型的仿真效率较低，因此，将现C22：CC‘有的S参数的电容模型库转换为SPICE等效电路．就变得十分有意义。根据陶瓷电容的实际物理结构，C1L’Jc：ClpF提出了多级并联RLC分布电路模型，并通过Monte。Carlo法从s参数模型中优化求出此电路的相关RLC参数。经测试仿真验证是准确的。业界钽电容还没有准确的SPICE等效电路，曾有公司提出了如下模型(如图la、b所示)。但此模型在低频端并不能很好的收敛。为了解等效的五级梯形支路spiCe电路钽电容模型决这个问题，采用了5级梯形支路SPICE电路模型等效钽电容模型。经测试仿真验证是准确的。同时也具有较好的仿真精度。电源完整性分析已广现在，华为建立了基于SPICE电路模型的电源泛应用于华为的硬件开发中。四完整性仿真库，大大提高了电源完整性仿真的效率，CR与一I．(b)图1