Xác định đường truyền tín hiệu tốc độ cao bằng xSignals

Thách thức

Tốc độ chuyển mạch của thiết bị ngày càng tăng kéo theo thách thức duy trì tính toàn vẹn tín hiệu và đáp ứng các yêu cầu về thời gian của tín hiệu. Có thể kiểm soát tính toàn vẹn tín hiệu thông qua đi dây có kiểm soát trở kháng, bằng cách thiết kế cẩn thận cả cấu trúc xếp lớp PCB lẫn độ rộng đường mạch sử dụng trên từng lớp.

Các yêu cầu về thời gian được đáp ứng bằng cách cân bằng chiều dài đi dây của các đường truyền tín hiệu. Với một tập hợp các đường truyền tín hiệu hai chân, mỗi đường chạy từ một chân đầu ra đến một chân đầu vào duy nhất, việc tính toán và so sánh chiều dài khá đơn giản. Tuy nhiên, điều này không đúng với nhiều giải pháp thiết kế thông thường, khi trên đường truyền tín hiệu có thể có linh kiện kết cuối mắc nối tiếp, hoặc tín hiệu có nhiều hơn hai chân. Khi đó, có thể đi dây theo cấu trúc Balanced T hoặc Fly-By, như minh họa trong hình bên dưới.

Bốn chip RAM DDR2 được đi dây theo cấu trúc Balanced T. ##

Giải pháp

Công việc của người thiết kế là chuyển các yêu cầu thiết kế, chẳng hạn như chiều dài đường đi dây tối đa cho phép để đáp ứng ngân sách thời gian, thành một tập hợp các quy tắc thiết kế, như quy tắc Length để bảo đảm đáp ứng yêu cầu về thời gian và quy tắc Matched Lengths để phát hiện những sai lệch thời gian tiềm ẩn.

Người thiết kế xem xét tín hiệu theo chức năng của chúng (ví dụ: “Tín hiệu địa chỉ này phải được đi dây từ đầu nối này đến từng thiết bị nhớ. Để thực hiện điều đó, tôi sẽ đi dây theo cấu trúc Fly-By với một điện trở kết cuối ở cuối đường truyền. Tôi cũng có thể cần một phần tử kết cuối nối tiếp tại nguồn”). Mặc dù đường địa chỉ A0 đi qua một điện trở kết cuối, đối với người thiết kế, tín hiệu ở phía bên kia điện trở đó vẫn là A0.

Nhưng trình biên tập PCB chỉ xem mỗi tín hiệu là một tập hợp các chân được kết nối với nhau (thường gọi là một net) — net A0 đi từ chân đầu nối này đến chân của linh kiện nhớ này, rồi đến chân của linh kiện nhớ tiếp theo, v.v. Ngay khi thêm điện trở kết cuối nối tiếp, đường địa chỉ đó trở thành hai net riêng biệt. Điều này khiến người thiết kế khó xác định các yêu cầu thiết kế quan trọng, chẳng hạn như các quy tắc thiết kế Length và Matched Lengths.

Có thể xử lý vấn đề này bằng một tính năng có tên là xSignals  (hay extended Signal). Tính năng này cho phép xử lý đúng bản chất của đường truyền tín hiệu tốc độ cao — một đường để tín hiệu truyền từ nguồn đến đích, đi qua các linh kiện kết cuối cũng như các nhánh.

Các từ khóa truy vấn xSignal

Trình biên tập PCB bao gồm một filtering engine mạnh mẽ và tinh vi. Công cụ này được dùng để xác định đối tượng khi tìm kiếm đối tượng trong không gian thiết kế, áp dụng quy tắc trong các tác vụ thiết kế tương tác và tự động, cũng như kiểm tra việc tuân thủ quy tắc. Người thiết kế cho công cụ lọc biết những đối tượng cần quan tâm bằng cách viết truy vấn, sử dụng các từ khóa truy vấn mà công cụ lọc nhận diện được.

Các từ khóa truy vấn thuộc loại xSignal sau đây đã được bổ sung để sử dụng trong quy tắc thiết kế và bộ lọc không gian thiết kế:

Các từ khóa kiểm tra quan hệ thành viên

• InxSignal - Đối tượng có thuộc xSignal được chỉ định hay không, ví dụ: InxSignal('DRAM_A0_PP1')
• InxSignalClass - Đối tượng có thuộc lớp xSignal được chỉ định hay không, ví dụ: InxSignalClass('PCIE')
• IsxSignal - Đối tượng có phải là xSignal có tên được chỉ định hay không, ví dụ: IsxSignal('DRAM_A0_PP1')

Từ khóa kiểm tra thuộc tính

InAnyxSignal - Đối tượng có thuộc bất kỳ xSignal nào hay không, ví dụ: InAnyxSignal

Thuật ngữ liên quan đến net

Trong trình biên tập PCB, các thuật ngữ sau được sử dụng:

• Net – một tập hợp các chân linh kiện (nút) được kết nối với nhau. Cách bố trí kết nối giữa các nút đó được gọi là cấu trúc liên kết; cấu trúc liên kết mặc định là đường ngắn nhất.
• From-To – về mặt khái niệm, một From-To chạy giữa hai nút trong một net. Có thể tạo các From-To theo cấu trúc liên kết hoặc cách bố trí các nút trong net đó. Ví dụ, cấu trúc liên kết của net có thể đi từ R1-1 đến U1-5, đến U3-2 rồi đến R5-2. Net này có thể có ba From-To: R1-1 đến U1-5; U1-5 đến U3-2; và U3-2 đến R5-2. Nếu cấu trúc liên kết thay đổi, các From-To có thể tạo cũng sẽ thay đổi theo. Các From-To được tạo trong chế độ From-To của bảng PCB bằng cách nhấp vào nút Generate để tạo chúng dựa trên cấu trúc liên kết, hoặc chọn hai pad trong một net rồi nhấp vào nút Add From To.
• xSignal – một tập hợp các nút do người dùng xác định, thường là một tập con của một net (từ nút này đến nút kia), hoặc là sự kết hợp của hai net có chứa một linh kiện nối tiếp, chẳng hạn như điện trở kết cuối.