计算走线长度_高速走线长度的一些思考
图1-1 眼图示意图
随着高速信号的频率越来越高,对layout设计的挑战也越来越大,其中的挑战之一就是高速信号的长度限制,无论是串行还是并行总线,对线长的要求总的来说都是越来越严格,各总线对信号的长度都做了限制,那么走线长度过长究竟会产生什么问题呢?
硬件工程师都接触过眼图的概念,对工程师来说,USB也好,MIPI也好,PCIE也罢,各类高速总线测试眼图的主要目的其实是为了定性的去分析信道失真导致的ISI,即所谓的码间干扰。
我们先简单的理解一下信号与系统中的知识,对高速信号而言,决定其带宽的主要因素是其上升沿tr,tr越小,带宽越大,越广,对目前的高速信号而言,信号带宽已然非常大,而对传输高速信号的信道而言,对高速信号传输的频带是受到限制的,必然会有一部分信号中的高频分量被衰减,在时域上该高频分量也就必然会产生失真,使得信号的上升沿tp和tf增加,产生了所谓的时域延展。
由于信号中的高频分量被衰减,其后果是接收端的波形变得平滑,信号的脉冲被拉伸,前后的脉冲产生相互的重叠,接收端在判断信号的逻辑的时候,就会产生误判。上述产生的干扰我们就称之为码间干扰ISI,传输线越长,产生的码间干扰也就越严重(其实换一个角度考虑,在信道中,不同频率的衰减速率不同,有的频率信号快,有的频率信号慢,必然会产生交叠,这就是多径效应)。
在我们实际使用中其实也是有体验的,作为最经典的串行总线代表USB总线,我们在使用USB线插手机时,偶尔会很明显的长线连接不上,只有短线才行的情况,这个情况很可能的情况就是USB线长过长导致了码间干扰,当然也有可能的因为线阻过大、阻抗不匹配等原因导致。
如下为MTK某平台对MIPI走线的线长要求:
只所以限制了3000mil的长度也是按照频率衰减导致ISI的理论去设计的,通过计算可以得到,MTK该要求是根据当时的MIPI最高频率5GHz衰减不超过3个dB去设定的,所以很显然,随着MIPI频率越来越高,线长的要求也会越来越严格。
当然,不一定超过线长就一定会有问题,因为MIPI、USB这些高速总线都会有校验和重传机制的,只要ISI没有那么严重,上述机制还是能够保证信号的正常传输的,不过我们最好还是按照标准来进行走线,以防万一。
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