Definire i percorsi dei segnali ad alta velocità con xSignals

La sfida

Con il continuo aumento delle velocità di commutazione dei dispositivi, diventa sempre più difficile mantenere l'integrità del segnale e soddisfarne i requisiti temporali. L'integrità del segnale può essere gestita tramite lo sbroglio a impedenza controllata, ottenuto progettando con attenzione sia lo stackup del PCB sia le larghezze delle piste da utilizzare su ciascun layer.

I requisiti temporali vengono soddisfatti uniformando le lunghezze dei percorsi sbrogliati dei segnali. Per un insieme di percorsi di segnale a 2 pin, ciascuno dei quali collega un pin di uscita a un singolo pin di ingresso, calcolare e confrontare le lunghezze è un processo semplice. Questo però non vale per molte soluzioni progettuali comuni, in cui il percorso del segnale può includere un componente di terminazione in serie oppure il segnale può coinvolgere più di due pin, che possono quindi essere collegati utilizzando una topologia di sbroglio a T bilanciata o fly-by, come mostrato nell'immagine seguente.

Quattro chip RAM DDR2 collegati con una topologia a T bilanciata. ##

La soluzione

Il compito del progettista è tradurre i requisiti di progetto, come la lunghezza massima consentita del percorso per rispettare il budget temporale, in un insieme di regole di progettazione, ad esempio una regola Length per garantire il rispetto dei vincoli temporali e una regola Matched Lengths per rilevare potenziali disallineamenti temporali.

Il progettista considera i segnali in termini della loro funzione (ad esempio: «Questo segnale di indirizzo deve essere collegato da questo connettore a ciascun dispositivo di memoria. Per farlo, utilizzerò una topologia fly-by con un resistore di terminazione all'estremità. Potrebbe essere necessaria anche una terminazione in serie alla sorgente»). Anche se l'indirizzo A0 attraversa un resistore di terminazione, per il progettista quel segnale rimane A0 anche dall'altro lato del resistore.

L'editor PCB, invece, considera ogni segnale semplicemente come un insieme di pin collegati (comunemente chiamato net): la net A0 va da questo pin del connettore a questo pin di un componente di memoria, poi a questo pin di un altro componente di memoria e così via. Non appena si aggiunge un resistore di terminazione in serie, quella linea di indirizzo diventa due net distinte. Questo rende difficile per il progettista specificare requisiti di progetto fondamentali, come le regole Length e Matched Lengths.

Questa situazione può essere gestita tramite una funzionalità chiamata xSignals  (o extended Signal). Questa funzionalità consente di trattare correttamente un percorso di segnale ad alta velocità proprio per ciò che è: un percorso lungo il quale un segnale viaggia tra una sorgente e una destinazione, attraversando componenti di terminazione e diramazioni.

Parole chiave delle query per gli xSignal

L'editor PCB include un potente e sofisticato filtering engine. Questo motore viene utilizzato per identificare gli oggetti durante la ricerca nello spazio di progettazione, l'applicazione delle regole durante le attività di progettazione interattive e automatiche e la verifica del rispetto delle regole. Il progettista indica al motore di filtraggio quali oggetti gli interessano scrivendo una query con parole chiave riconosciute dal motore stesso.

Le seguenti parole chiave delle query relative agli xSignal sono state aggiunte per l'utilizzo nelle regole di progettazione e nei filtri dello spazio di progettazione:

Parole chiave per la verifica dell'appartenenza

• InxSignal - L'oggetto appartiene all'xSignal specificato, ad esempio, InxSignal('DRAM_A0_PP1')
• InxSignalClass - L'oggetto appartiene alla classe di xSignal specificata, ad esempio, InxSignalClass('PCIE')
• IsxSignal - L'oggetto è un xSignal con il nome specificato, ad esempio, IsxSignal('DRAM_A0_PP1')

Parola chiave per la verifica degli attributi

InAnyxSignal - L'oggetto appartiene a un qualsiasi xSignal, ad esempio, InAnyxSignal

Terminologia relativa alle net

Nell'editor PCB viene utilizzata la seguente terminologia:

• Net – un insieme di pin dei componenti (nodi) collegati tra loro. La disposizione dei collegamenti tra questi nodi è detta topologia; la topologia predefinita è quella del percorso più breve.
• From-To – concettualmente, un From-To collega due nodi di una net. I From-To possono essere creati in modo da seguire la topologia o la disposizione dei nodi di quella net. Ad esempio, la topologia della net potrebbe andare da R1-1 a U1-5, poi a U3-2 e infine a R5-2. Questa net potrebbe avere tre From-To: da R1-1 a U1-5; da U1-5 a U3-2; e da U3-2 a R5-2. Se la topologia cambia, cambiano anche i possibili From-To. I From-To vengono creati nella modalità From-To del pannello PCB, facendo clic sul pulsante Generate per crearli in base a una topologia oppure selezionando due pad di una net e facendo clic sul pulsante Add From To.
• xSignal – un insieme di nodi definito dall'utente, in genere un sottoinsieme di una net (da questo nodo a quel nodo), oppure una combinazione di due net che includono un componente in serie, come un resistore di terminazione.