如何使用xSignals来定义高速信号的路径

在高速设计中,基于时序的考虑通常要对信号做线长匹配。对于只有2个管脚的信号路径,计算和匹配线长这一过程非常直接、清晰。但对于大部分高速设计来讲,情况会更为复杂,这些情况包含但不仅限于:
1.信号路径中需要使用端接电阻(termination resistor),这时需要调制的线长是包括端接电阻在内的不同网络。
2.data总线常用的的t点拓扑结构。如下图,实际需要调等长的是同一网络的不同分支:2-3 = 2-4 = 2-5 = 2-6。
3.ddr3/ddr4中地址总线、控制总线用到的菊花链(fly-by)拓扑结构,需要对同一网络的不同branch进行线长匹配:
在引入xsignal之前,ad的线长规则(net length)及匹配线长规则(matched net length)只能针对同一网络,无法对同一网络中某一段路径进行调制,也无法对端接电阻进行处理。虽然一直存在“from-to”对象,但一直存在bug,“from-to”对象针对规则无效。..。.工程师无奈只能使用excel计算出每段的长度,然后慢慢调整,效率很低。
ad15之后,xsignal的出现不仅可以解决branch线长调制的问题,也可以解决含端接电阻的信号路径调制问题。简单来说,xsignal可以定义两个节点之间的信号路径,无论这两个节点是同一网络还是不同网络。
创建一个新的xsignal
创建xsignal主要有以下几种方式:
使用向导(run xsignal wizard)
选中源器件,并点击“create xsignals between components”来定义两个器件间的xsignal
选中源器件,并点击“create xsignals from connected nets”,通过源器件及与源器件连接的网络来定义xsignal
直接点击“create xsignals”使用对话框手动创建xsignal。
向导的使用有点复杂,今后有空再讲,这里主要讲一下其它两种方式。
使用“create xsignals between components”对话框
点击菜单design » xsignals » create xsignals,对话框中左侧为源器件,右侧为目标器件;目标器件可以多选。
过以下步骤创建xsignal:
选择源器件(source component)
选择目标器件(destination component)
选择感兴趣的网络
点击“analyze”,ad会自动分析两器件之间感兴趣网络的所有路径。请仔细检查source和destination中的结果是否正确(尤其是存在端接电阻的情况)
在include created xsignals into class栏中输入创建的xsignal class的名称,默认会归类到all xsignals类中。
点击ok完成创建。完成后可以在pcb面板中看到所有已创建的xsignal。
使用“createxsignals from connected nets”对话框
如果您的xsignal包含端接电阻,使用这个方式创建xsignal更为直接。选中端接电阻后点击“createxsignals from connected nets”:
上图为选中4个pin角的排阻rn33,右侧source component nets中为排阻连接的所有网络。点击“analyze”后,系统为自动分析出可能的xsignal。注意,请仔细检查source和destinatiion中的网络是否正确,如果不正确,可以进行手动调整。确认后完成xsignal的创建。
网络拓扑(net topology)的作用
xsignal定义的是两个节点(或焊盘)之间的信号路径。ad是根据两个节点间的连接线(connection line)来分析信号路径的,而连接线的定义方式是通过routing topology规则来决定的,默认routing topology的规则为shortest,即最短。
下图为fly-by拓扑结构下cpu连接到4个memory的动画,可以清楚地看到4个xsignal的定义情况:
t点拓扑结构(balance t)中支点的定义
t点拓扑结构不仅需要对主干做等长,还需要对支干做等长。
上图中的红色点即为支点(branch point),需要保证每个支点到dram1,2,3,4都是等长的。
问题来了,ad中的xsignal必须使用实体的器件pin脚创建,不支持独立的焊盘或过孔(free pad/via)。在mentor和cadence中,可以将某个pad或via定义为“虚拟t点”,从而进行分支的线长调制,但在ad中,目前还无法支持这一方式。一个变通的方法是为独立的pad/via制作一个单独的器件(原理图符号+封装),然后将这一器件放在t点处。虽然有些麻烦,但毕竟解决了ad之前无法对分支网络进行线长规则定义且无法进行线长调制的尴尬。
length & matched net length规则
xsignal创建完成后,接下去的使用方法和网络(net)完全一样了。记住,xsignal class对应的是net class; xsignal对应的是net。区别在与xsignal定义的pin到pin之间的路径,而net是所有属性相同的网络。
下图是pcb面板中查看xsignal的示意图以及定义matched net length规则的一个截图:
具体规则的创建在以后的章节中详细介绍。
总结一下,xsignal是一个非常重要的功能,基本解决了altium designer之前无法在高速设计中准确调制信号线长的问题。结合如何准确测量信号长度一文中提到的对线长计算精度的提高,大大减少了工程师在高速设计中layout的时间,且提高了设计的准确性。

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