数字信号处理系统中的电磁兼容问题

5 利用EDA工具设计DSPs时应考虑的几个电磁兼容问题

高速数字电路的设计一方面需要设计人员的经验，另一方面需要优秀的EDA工具的支持，EDA软件己走向了多功能、智能化。在早期的电路板设计工具中，布局有专门的布局软件，布线也有专门的布线软件，两者之间没什么联系。随着球栅阵列封装的高密度单芯片、高密度连接器、微孔内建技术以及3D板在印刷电路板设计中的应用，布局和布线已越来越一体化了，并成为了设计过程的重要组成部分。自动布局和自由角度布线等软件技术已渐渐成为解决这类高度一体化问题的重要方法，利用此类软件能在规定时间范围内设计出可制造的电路板。在目前，由于产品上市时间越来越短，手动布线极为耗时，己不能适应要求。因此，现在要求布局布线工具具有自动布线功能，以快速响应市场对产品设计提出的更高要求。但是，在利用EDA工具设计DSPs时，要特别注意下面几个电磁兼容问题。

5.1 采用自动布线技术
由于要考虑电磁兼容及电磁干扰、串扰、信号延迟和差分对布线等高密度设计因素，布局布线的约束条件每年都在增加。例如：在几年前，一般的电路板仅需6个差分对来进行布线，而现在则需600对。在一定时间内仅依赖手动布线来实现这600对布线是不可能的，因此自动布线工具是必不可少的。尽管与几年前相比，当今设计中的节点(net)数目没有大的改变，只是硅片复杂性有所增加，但是设计中重要节点的比例大大增加了。当然，对于某些特别重要的节点，要求布局布线工具能够加以区分，但无需对每个管脚或节点都加以限制。

5.2 采用自由角度布线技术应注意的方法
随着单片器件上集成功能的增加，其输出管脚数目也大大增加了，但其封装尺寸并没随之扩大，再加上管脚间距和阻抗因素的限制。因此，这类器件必须采用更细的线宽。同时，由于产品尺寸的总体减小，意味着用于布局布线的空间也大大减小了。在某些DSPs产品中，底板的大小与其上的器件大小相差无几，元器件占据的板面积高达80%。某些高密度元器件管脚交错，即使采用具45°布线功能的工具也无法进行自动布线。尽管45°布线工具能对某些恰成45°的线段进行完美的处理，但自由角度布线工具具有更大的灵活性，并能最大限度地提高布线密度。它的拉紧(pull-tight)功能使每个节点在布线后自动缩短，以适应空间要求。它能大大降低信号延迟，同时降低平行路径数，有助于避免串扰的产生。利用自由角度布线技术能使设计具有可制造性，并且设计的电路性能良好。
5.3 对高密度器件应采用的技术
最新的高密度系统级芯片采用BGA或COB封装，管脚间距日益减小，球间距已低至1mm，并且还会继续降低。这样就导致封装件信号线不可能采用传统布线工具来引出。目前有两种方法可解决这个问题：（1）通过球下面的孔，将信号线从下层引出；（2）采用极细布线和自由角度布线，在球栅阵列中找出一条引线通道。对高密度器件而言，采用宽度和空间极小的布线方式是唯一可行的方法，因为只有这样，才能保证较高的成品率。现代的布线技术也要求能自动地应用这些约束条件。自由布线方法可减少布线层数，降低产品成本。同时也意味着在成本不变的情况下，可以增加一些接地层和电源层来提高信号的完整性和EMC性能。
5.4 采用其它新的电路板设计、制作技术

微孔等离子蚀刻技术在DSPs中的多层板工艺制作中的应用，大大提高了布局、布线工具的性能。应用等离子蚀刻法在路径宽度内添加一个新孔，不会导致底板本身及制造成本的增加。因为，采用等离子蚀刻法制作一千个孔的成本与制作一个孔的成本一样低廉(这与激光钻孔法大不一样)。这就要求布线工具具有更大的灵活性，它必须能够应用不同的约束条件，能适应不同的微孔和构建技术的要求。元器件密度的不断增加也对布局设计产生了某些影响，布局布线工具总是假设板上有足够的空间让元器件释放机来释放表面，以便安装新的元器件，且不会对板上已有元器件产生影响。但是元器件顺序放置会产生这样一个问题，即每当放置一个新的元器件后，板上每个元器件的最佳位置都会发生改变。这就是布局设计过程的自动化程度低而人工干预程度高的原因。尽管目前的布局工具对依次布局的元器件数没什么限制，但是某些技术人员认为布局工具用于依次布局时实际上是受到限制的，这个限制大约为500个元器件。还有一些技术人员认为当在一个板上放置的元器件多达4,000个时，会产生很大的问题。同顺序算法技术相比，并行布局技术能实现更好的自动布局效果。

5.5 利用三维布局工具

3D工具主要用于目前应用日益广泛的异形和定形板的布局、布线工作。如 Zuken的Freedom最新工具，它先采用三维底板模型来进行元件的空间布局，再进行二维布线。布线过程还能告知：该板是否具备可制造性。布线工具还必须能处理在两个不同层上采用阴影差分对的设计方法，因为这种设计方法己变得日益重要了。而且随着信号频率的继续提高，目前己出现了将布局、布线工具同用于虚拟原型的高级仿真工具集成起来的工具，如Zuken的Hot Stage工具。所以即使在虚拟原型阶段也能对布线问题进行考虑。现在，自动布线技术已极为普及。我们相信，自由角度布线、自动布局和3D布局等新型软件技术也会同自动布线技术一样成为底板设计人员的常用设计工具，设计人员可用这些新工具来解决微孔和单片高密度集成系统中的电磁兼容等新型技术问题[4]。

6 结 束 语

电磁兼容技术涉及的频率范围宽达0-400GHz，研究对象除传统设施外，涉及从芯片级，到各型舰船、航天飞机、洲际导弹，甚至整个地球的电磁环境。电磁兼容技术也是DSP系统设计所要考虑的重要问题，应采用适当的降噪技术使DSP系统符合EMC标准，它的电磁兼容性是作为重点研究并且有鲜明特点的领域。许多国家不仅各自加强这方面的研究，还成立了国际性的机构，以便交流和统一规范。我国已加入WTO，如果电磁兼容指标达不到国际标准的要求，生产的产品就没有竞争力，不能打入国际市场，在国内也没有销路。因此，在己进入了二十一世纪的今天，解决好电气、电子产品（包括DSP系统）的电磁兼容问题，有效的提高产品质量，使其成为绿色产品，已刻不容缓。