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同步切换噪声和地线反弹

发布时间:2008/9/17 0:00:00 访问次数:963

  由于器件内部的接地引脚与地平面之间存在引线电感(寄生电感),所以理论上当每个信号翻转时(0→1或1→0)所带来的电流的变化都会通过器件的寄生电感影响到地线(信号的回路)。只是这个电流非常小,可以忽略。可是当这些信号累积起来后,如多个集成电路内部驱动器同时转换(切换)时就会在地线中产生较大的噪声。输出驱动电流越大,噪声的幅度也越大,如图所示。

  图 典型的地线反弹波形

  地线反弹是数字系统的几个主要噪声来源之一,该噪声常会造成系统的逻辑状态产生错误动作,尤其是对低电压工作的器件。系统的速度越快,或是同时转换逻辑状态的输入/输出(sso)引脚个数越多时,就越容易造成地线反弹。造成地线反弹的“罪魁祸首”是器件引线电感,与器件的封装形式和所选择的输出信号接口标准有直接关系。

  (1)器件的引线电感与地线反弹成正比,所以应尽量减少分布电感量。解决方法一是在分配逻辑器件的引脚时,将时钟信号或地址/数据线的lsb引脚位置摆放在靠近器件引脚的地方;二是减少器件封装的分布电感,采用选择分布电感较小的器件封装结构。通常plcc和dip封装的器件具有最大的引线电感,而表面贴装的器件具有较小的引线电感;三是降低pcb板端的分布电感量,由于电感和导线的长度成正比,与宽度成反比,所以在高速数字系统中基本上采用多层板。其中会在里层摆放一个或一个以上的接地层,这里的接地层面积可以很宽,其目的是减小地端回路的电感量。另外,每个ic的地线引脚通常是直接经由通孔连接到内层的接地层,这个通孔有效地减小了器件引脚与地平面之间的连线长度。

  (2)载电容与地线反弹成正比,因此应尽量采用输入电容较小的信号接口标准。另外,应尽量减少信号输出引脚的扇出数量。因为扇出越多,电容越大。

  (3)信号的上升时间与地线反弹成反比,在满足系统性能的情况下,尽量延长信号的上升时间,即选择低摆率的输出。

  (4)同时转换逻辑状态的输出(simultaneously switching outputs,sso)引脚个数与地线反弹成反比。因此在逻辑设计时,应尽量避免地址/数据总线和计数器等出现由0000(全0)变成ffff(全1)或从ffff(全1)变成0000(全0)的情况。可以选择其他编码方式,或同时将sso引脚分散到不同的区域(bank)中。xilinx逻辑器件对不同封装形式的器件和不同的接口标准规定了每个输入/输出块(bank)允许的最大sso个数,当超过这个参数时,将有可能产生同步切换噪声(ssn)和地线反弹现象。为分析sso现象,可通过ise的pace工具来仿真。

  欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com)



  由于器件内部的接地引脚与地平面之间存在引线电感(寄生电感),所以理论上当每个信号翻转时(0→1或1→0)所带来的电流的变化都会通过器件的寄生电感影响到地线(信号的回路)。只是这个电流非常小,可以忽略。可是当这些信号累积起来后,如多个集成电路内部驱动器同时转换(切换)时就会在地线中产生较大的噪声。输出驱动电流越大,噪声的幅度也越大,如图所示。

  图 典型的地线反弹波形

  地线反弹是数字系统的几个主要噪声来源之一,该噪声常会造成系统的逻辑状态产生错误动作,尤其是对低电压工作的器件。系统的速度越快,或是同时转换逻辑状态的输入/输出(sso)引脚个数越多时,就越容易造成地线反弹。造成地线反弹的“罪魁祸首”是器件引线电感,与器件的封装形式和所选择的输出信号接口标准有直接关系。

  (1)器件的引线电感与地线反弹成正比,所以应尽量减少分布电感量。解决方法一是在分配逻辑器件的引脚时,将时钟信号或地址/数据线的lsb引脚位置摆放在靠近器件引脚的地方;二是减少器件封装的分布电感,采用选择分布电感较小的器件封装结构。通常plcc和dip封装的器件具有最大的引线电感,而表面贴装的器件具有较小的引线电感;三是降低pcb板端的分布电感量,由于电感和导线的长度成正比,与宽度成反比,所以在高速数字系统中基本上采用多层板。其中会在里层摆放一个或一个以上的接地层,这里的接地层面积可以很宽,其目的是减小地端回路的电感量。另外,每个ic的地线引脚通常是直接经由通孔连接到内层的接地层,这个通孔有效地减小了器件引脚与地平面之间的连线长度。

  (2)载电容与地线反弹成正比,因此应尽量采用输入电容较小的信号接口标准。另外,应尽量减少信号输出引脚的扇出数量。因为扇出越多,电容越大。

  (3)信号的上升时间与地线反弹成反比,在满足系统性能的情况下,尽量延长信号的上升时间,即选择低摆率的输出。

  (4)同时转换逻辑状态的输出(simultaneously switching outputs,sso)引脚个数与地线反弹成反比。因此在逻辑设计时,应尽量避免地址/数据总线和计数器等出现由0000(全0)变成ffff(全1)或从ffff(全1)变成0000(全0)的情况。可以选择其他编码方式,或同时将sso引脚分散到不同的区域(bank)中。xilinx逻辑器件对不同封装形式的器件和不同的接口标准规定了每个输入/输出块(bank)允许的最大sso个数,当超过这个参数时,将有可能产生同步切换噪声(ssn)和地线反弹现象。为分析sso现象,可通过ise的pace工具来仿真。

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