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(多图) 用于高速密集并行总线通信的零和信号方法(第3部分)

EDNChina编译?? 2013年10月14日 ?? 收藏0
仿真结果

这一节将总结用上述模型环境实现的零和、差分与单端信号的众多仿真研究结果。新思公司针对Linux开发的HSPICE版本C.2009.03.SP1用于所有时域仿真。由Mayo SPPDG公司开发的Matlab脚本用于捕获和测量相关的眼图统计数据。

标称仿真:眼图与电压纹波

评估三种架构的主要指标是在接收器输入端仿真/采样的垂直眼图开度。因此在这些仿真结果中没有全部考虑其它经典的眼图特性,如通常用眼图模板评估的抖动。在典型的高密度、单端并行总线应用中,SSN会很大,在信号眼图中的效果是看得见的。为了描述这些SSN和其它效果,图7给出了样本眼图仿真结果。本例中针对SE的缓冲器位置14、ZS矩阵与针对DIFF的缓冲器14/15是任意选择的。

如前所述,SST缓冲器的轨到轨电压摆幅标称值是0至1VDC。然而,在实际使用中缓冲器端接到VDD/2或0.5VDC。采用这种端接方法后,在端接电阻上测量到的每条单端链路的最大理想满电压摆幅是500mV。DIFF配置结果以差分测量形式报告,其中补码信号要从对内的真正信号中减去。在这种情况下,标称满摆幅眼图是单端标称值的两倍,或1VDC。注意图7的差分眼图开度中采用了2倍的垂直刻度。

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图7:16Gbps仿真中6个配置的每个配置的样本眼图。

垂直轴的标签为“RX端电压”,代表在接收器输入端的眼图电压(图4显示了仿真中测量的这些眼图确切位置)。另外值得一提的是ZS和SE测量时的零共模电压,它完全是用于这次研究的眼图绘制工具的典型产物(有助于方便三种信号方法之间的比较)。实际上,SE和ZS缓冲器电压摆幅具有大约500mV的共模电压。

从图7中的图形可以明显看出,与“典型”情况相比“最坏情况”结果的相对眼图关闭(最上排)。这清楚地表明了图案相关行为和一组高速I/O内相同状态的同时信号转换造成的最终影响。然而,片内的单次采样并不是整个总线上的完整性能照片。每对SE、ZS缓冲器或DIFF对在各自的I/O片内的眼图开度见图8。在这张图中,每根细小的水平线代表片内某个位置的垂直眼图测量结果。另外,每种配置的最小、平均和最大眼图开度也有标签表明。

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图8:在16Gbps仿真中三种缓冲器配置和两种开关图案的垂直眼图开度总结。(41292)

正如期望的那样,单端“最坏情况”安排的眼图是完全关闭的。SSN太大,电压轨塌陷阻止了缓冲器达到满工作摆幅。差分眼图张得比较开,很可能通过使用标准差分接收器的最小比特误差解决。ZS结果落在中间位置,基于两个主要原因使人很感兴趣。首先,ZS配置性能明显超过传统的单端信号,这表明控制宽的单端高速总线内的0和1平衡确实会改善实际完整链路环境中的接收器眼图开度。

第二个值得观察的地方需要深入一点讨论。对于“最坏情况”和“典型”操作,ZS眼图开度几乎正好是DIFF结果的一半。因为理想差分眼图开度理论上2倍于单端眼图,因此ZS和DIFF之间观察到的这个关系看起来是可信的。然而,不能马上让人明白的是,为何差分仿真结果显示依赖于对-对图案对齐(“最差情况”比拼“典型情况”)。另外,传统差分信号应该更加免疫(和创建更少)共模噪声(如SSN)。因此,期望值是差分垂直眼图开度应该超过ZS结果的2倍。为了进一步研究这个问题,图9给出了对每种架构的电源噪声测量的结果(探针位于节点‘c’,如图4所示)。

这些测量结果表明,差分的“最坏情况”配置可以观察到相对较高的纹波。理论上,真正差分的信号天生是零和(或零电流),因此尽管有对-对图案关系但电源纹波应该较低。然而,由于使用了两个独立的具有最小片上电容的推挽式SST缓冲器,每个缓冲器都端接到共模电压,因此形成了准差分的缓冲器制。与传统差分信号的这些偏差可能在用“最坏情况”图案工作时导致局部轨塌陷和更高的纹波。如果要进一步研究,有必要模拟更加传统的差分网络,其眼图开度可能更加乐观。


图9:16Gbps仿真中三种缓冲器配置和两种开关图案下的VDD片上电源噪声。(41296)

裸片上的仿真VDD电压纹波以局部非理想VSS为基准进行了采样(图4中的节点‘d’)。即使VDD只有1VDC,也可以观察到超过1V的峰峰交流纹波,实际上这是SE“最坏情况”条件下的情形。缓冲单元看到的电压是1VDC±700mV。需要重申的是,考虑到每个缓冲器的可用输入电压,SE“最坏情况”垂直眼图开度这么小就不足为奇了。

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? 第1页:标称仿真:眼图与电压纹波? 第2页:仿真变化:差值和总线大小
? 第3页:仿真变化:数据速率? 第4页:零和信号总结

延伸阅读

用于高速密集并行总线通信的零和信号方法(第1部分)

用于高速密集并行总线通信的零和信号方法(第2部分)

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