高速PCB设计仿真讲座二十七

4.3   源同步接口仿真过程

源同步技术是指数据和时钟/锁存并行传输。由于源同步接口信号工作在“相对”的时钟系统下，这样对全局系统时钟的skew要求就可降低，在时序方程中就不需要flight time（飞行时间）这一变量，传输速率主要由数据和时钟/锁存信号间的skew决定，这样可以系统达到更高的传输速率。

源同步技术特点：

l 时钟/锁存信号与数据一起传送。

l 源同步技术中，接收端的建立和保持时间、skew决定了接口速度的极限，而走线长、Tco、器件本身的快慢不是影响接口速度的因素。影响速度的最主要因素是数据与时钟/锁存信号之间的skew，因此对数据和时钟/锁存信号间skew的约束是仿真中最主要做的工作。

l 迄今为止，每个源同步总线设计使用不同的方法，这就要求仿真环境必须能灵活适应每种要求，Cadence的Sigxp工具提供自定义测量（Custom Measurement）这一功能。需要注意的是测量数据信号相对与时钟/锁存信号的skew，而不是相对于主时钟；另外常常需要测量到die pad，把封装的影响因素考虑进去。

l 源同步接口一般速率高，这样码间干扰（ISI）就比较严重，所以经常会用到伪随机码序列来模拟各种码型的组合。在Sigxp中，可以通过设置Stimuli为Custom来实现，但是加到若干位后就不可以加了，如果想要加入较长的码序列，可以通过编辑拓扑文件（*.top文件）中Stimuli项PeriodicPatten下的序列来实现。一种简单的方法是，使用伪随机码产生程序生成任意长度的伪随机码序列，然后拷贝到*.top文件的相应位置。

另外在 Sigxp中还可以通过眼图分析仿真波形，通过对眼图高度和宽度的分析，可以得到反射、衰减、抖动等对信号的影响。在 Sigwave中可以将仿真出的伪随机码序列的串行波形叠加成眼图。在 Sigwave中GraphÆEye Diagram Performances中设置正确的信号周期，设置合适的 Offset值，以方便观察，然后选择GraphÆEye Diagram Mode，就可以得到相应信号的眼图。

4.3.1 源同步时序公式

图 4-6 为源同步时序示意图，根据图 4-6 可得出相应的时序公式：

建立时间：

Tvb_min+Tft_clk_min-Tft_data_max-Tsetup-Tsetup_margin>0

保持时间：

Tva_min-Tft_clk_max+Tft_data_min-Thold-Thold_margin>0

其中：

Tvb：vb为valid before的缩写，表示驱动端数据在时钟有效前多少时间值有效；可以理解为驱动端的建立时间；

Tva：va为valid after的缩写，表示驱动端数据在时钟有效后保持有效的时间值；可以理解为发送端的保持时间；

Tft_clk：时钟信号的飞行时间；

Tft_data：数据信号的飞行时间；

Tsetup：接收端的建立时间；

Tsetup_margin：接收端建立时间的冗余量；

Thold：接收端的保持时间；

Thold_margin：接收端保持时间的冗余量；

4.3.2  源同步时序仿真过程

第一步：了解时序要求。

从数据手册中查到相应的时序参数，得到信号的时序要求。因为时钟和数据信号是由同一芯片产生，因而两者所处的环境（如电压、温度等）相同，可以认为两者的 flight time值的最大、最小值同时发生。

可得到如下结论：时钟、数据信号线的飞行时间必须严格相等（即 Tft_data_min＝Tft_clk_max） 。因此在本例的仿真中，我们先对时钟、数据信号分别仿真，得到大致的拓扑约束，然后将时钟数据放在一个拓扑内进行仿真，测量接收端时钟数据的偏差，再用该偏差对时序进行微调验证。

第二步： 时钟拓扑建立并仿真

这一步主要是对时钟的信号完整性进行仿真，得到接收端的时钟波形并检查测量。拓扑结构如图 4-7，波形如图 4-8。

第三步：数据拓扑建立并仿真

这一步主要是对数据的信号完整性进行仿真，得到接收端的时钟波形并检查测量。拓扑结构如图 4-9，波形如图 4-10。

第四步：时钟、数据同时仿真

这一步中是将数据和时钟信号建立在同一个拓扑上，得到两者在接收端的波形，进行比对，验证时钟与数据信号在接收端是否满足时序要求。具体步骤如下。

a)建立拓扑结构

将时钟、数据拓扑建立在同一个拓扑上，实现方式是在数据和时钟信号间并一个无穷大电阻。拓扑结构如图 4-11。

图 4-11  时钟、数据仿真拓扑

b)设置相应的仿真参数

这一步骤中设置时钟周期、测量周期、偏移量、数据信号波形等参数，如图 4-12。

图 4-12仿真参数设置

c)仿真得出波形并验证

仿真得到的波形如图 4-13。由图可知数据仅比时钟超前 84.08pS，可忽略，也可在拓扑中补偿，如果时钟与数据之间时间相差较大，就要通过调整拓朴结构进行改善。

图 4-13  时钟数据同时仿真波形