引脚封装延迟

概览

本文解释了为什么引脚封装延迟在高速设计中至关重要,尤其是在频率超过 500 MHz 时,并介绍如何在 Altium Designer 的原理图和 PCB 编辑器中,使用引脚封装长度或传播延迟值将其纳入考量。文章将逐步说明这些延迟信息的来源、这些数值如何影响信号长度和布线延迟的计算、它们如何在原理图与 PCB 之间传递,以及如何在 PCB 面板和 xSignals 工作流程中查看相关结果。如果您希望在设计中实现更精确的长度匹配,并更清晰地了解时序情况,本文将帮助您准确理解这些设置的作用及其使用方法。继续阅读,让您的高速设计约束更加可靠。

- 了解什么是引脚封装延迟、为什么引脚兼容的器件仍可能表现不同,以及在设计流程中何时应考虑这些数据。
- 了解 Altium Designer 如何处理引脚封装长度和传播延迟,包括各项数值如何参与信号长度和延迟的计算。
- 了解如何在原理图编辑器、PCB 编辑器、PCB 面板和 xSignals 环境中输入、传递和查看这些数值。
使用 AI 深入了解:

在所有频率超过 500 MHz 的高速设计中,连接介质或连接至芯片裸片的键合线都会引入信号延迟。这种器件内部的延迟称为引脚封装延迟。即使两个器件从设计和 PCB 的角度来看完全引脚兼容,不同器件的封装传输时间也会有所不同,因此需要将其考虑在内。传输时间信息可在器件的 IBIS 6 文档中找到。应在 I/O 规划阶段考虑封装引脚信息,对于 FPGA,则应在综合后考虑。所有器件制造商都应能够提供封装延迟,其数值以皮秒延迟或长度的形式给出。

您可以在原理图编辑器中使用引脚的相应字段,或在 PCB 编辑器中使用焊盘/过孔的相应字段,将延迟以 Pin Package Length 或 Propagation Delay 的形式纳入设计。输入的值按以下方式处理:

Pin Package Length - PCB 编辑器会将每个网络中的所有引脚封装长度相加,得到引脚/封装总长度,并将其计入该网络的总 Signal Length。请参阅 PCB 面板的 Nets 模式,了解有关信号长度的更多信息。

Propagation Delay - PCB 编辑器会将每个网络中为引脚/焊盘和过孔定义的所有用户自定义延迟值,累加到该网络的布线延迟中。布线延迟由层叠管理器内置的 Simbeor® 场求解器自动计算。焊盘和过孔的延迟不会自动计算,但可由用户定义。

  • 长度和匹配长度设计规则可基于长度或延迟进行配置。

  • 信号长度、 引脚/封装总长度和延迟可在 PCB 面板的多种模式下显示,包括 网络模式、差分对编辑器模式和 xSignals 模式。右键单击 PCB 面板中的列标题,可启用/禁用相应列。

  • 布线延迟使用 Simberian® 的 Simbeor SFS(准静态场求解器),根据层叠管理器中定义的物理属性进行计算。

  • 用户定义的引脚封装长度与传播延迟值相互独立,它们会按上述方式分别计入信号长度和延迟值。由于两者互不影响,因此可根据需要同时指定。

在原理图中计入延迟

在 Properties 面板的 Pin 模式下,可以将引脚封装长度定义为原理图元件引脚的一项属性。 软件默认使用当前文档的单位,如有需要,可在输入数值时一并输入单位。

输入引脚封装长度 及所需单位。
输入引脚封装长度 及所需单位。

  • 您也可以在库编辑器或原理图图纸中,通过 Properties 面板 Component 模式下的 Pins 选项卡编辑元件引脚属性。 单击该选项卡中的  可打开元件引脚编辑器,在其中可编辑该元件所有引脚的全部属性。您可以直接在表格中编辑数值(选中单元格并输入新值),并使用方向键移动到相邻单元格。如果未输入单位,软件会自动添加默认单位。
  • 或者, 使用 SCHLIB List 面板,将数据手册中的多个 Pin/Pkg Lengths 或 Propagation Delay 值复制并粘贴到原理图库编辑器中选定的一组元件引脚上 – 显示图像。
    • 除了将剪贴板内容直接粘贴到选定单元格中,您还可以在面板中右键单击以打开 Smart Grid Paste 对话框,从而更灵活地控制向引脚导入附加数据的过程。了解有关使用智能表格工具编辑属性的更多信息。

在 PCB 编辑器中定义延迟

引脚封装长度和传播延迟值会传递到 PCB 布局中,可在 Properties 面板的 Pad 模式下查看。 

引脚封装长度和传播延迟值会从原理图传递到 PCB,也可以直接在 PCB 中定义。
引脚封装长度和传播延迟值会从原理图传递到 PCB,也可以直接在 PCB 中定义。

请注意,如果焊盘属性中的 引脚封装长度和传播延迟值与对应原理图符号引脚的配置不同, 则在下次更新 PCB 时会生成 ECO,以原理图中的值覆盖这些值(除非已在项目选项中禁用对这些值的变更检测和/或相应 ECO 的生成)。

有关更多信息,请参阅 保持原理图与 PCB 同步页面。

在 PCB 面板中检查引脚/封装长度和传播延迟

Pin/Pkg Length 会自动计入 Signal Length 的计算结果,这些结果可在 PCB 面板的多种模式下显示。将面板设置为 Nets 模式,可检查(或编辑)所选网络中各引脚的 Pin/Pkg Length 值。请注意,Routed Length 列反映的是布线长度,而 Signal Length 列反映的是布线长度加上该网络中所有引脚/封装长度后的总长度。

Pin/Pkg Length 及其对 Signal Length 的影响显示在 PCB 面板的 Nets 模式下。
Pin/Pkg Length 及其对 Signal Length 的影响显示在 PCB 面板的 Nets 模式下。

在下图中,传播 Delay 列显示有两对 xSignals 不符合匹配长度设计规则。由于高亮显示出现在“延迟”列中,这表明该规则配置为使用延迟单位,而非长度单位。

“延迟”列显示有两对 xSignals 不符合匹配长度设计规则。 “延迟”列显示有两对 xSignals 不符合匹配长度设计规则。 

信号长度、 引脚/封装总长度和延迟可在 PCB 面板的多种模式下显示,包括 网络模式、差分对编辑器模式和 xSignals 模式。右键单击 PCB 面板中的列标题,可启用/禁用相应列。

长度如何计入 xSignals

满足以下条件时,Pin/Pkg Length 会自动计入 xSignal 的总长度: 

  • 该信号是某个 xSignal 定义的一部分
  • 该焊盘未采用菊花链(fly-by)布线方式连接(只有一条走线连接到该焊盘)

采用菊花链(fly-by)布线方式连接的焊盘(具有一个入口点和一个出口点)不计入长度计算。

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