Sichere Datenübertragung auf Leiterplatten

| Autor / Redakteur: Dirk Müller * / Gerd Kucera

Betrachtungen zur Qualität der Spannungsversorgung

Gerade bei niedrigen Versorgungsspannungen von kleiner als 1,5 V haben Störungen in der Versorgung des Sender- und Empfänger-ICs einen großen Einfluss auf die Qualität der Datenübertragung. Die Impedanz der Signalleitungen bezieht sich auf die als ideal angenommenen Versorgungslagen.

Wenn aber das Versorgungssystem schwankt (Ripple) und nicht exakt die Versorgungsspannung an allen PINs anliegt, kann es nicht mehr als ideal angesehen werden und die Spannungsschwankungen beeinflussen die Signalintegrität.

Die Toleranzen des Power Delivery Network (PDN) zu vernachlässigen und anzunehmen, die Sender und Empfänger würden mit idealer Stromversorgung betrieben, ist bei High Speed Designs daher fahrlässig. Durch die verlustarmen Substrate auf Leiterplatten und in IC-Packages breiten sich nicht nur Signale, sondern auch Störungen schnell und weit aus.

Selbst kleine PDN-Störströme haben in Multi-Gigabit-Anwendungen einen signifikanten Einfluss auf die Übertragungsqualität und die Augenöffnung am Empfänger.

Mit Sigrity-Simulationswerkzeugen können gekoppelte Signale und das dazugehörige Versorgungssystem mit Abblockkondensatoren aus dem Design extrahiert werden, um eine Simulation dieser gegenseitigen Wechselwirkung von Powerintegrität und Signalintegrität durchzuführen.

So lässt sich die Störung im PDN quantifizieren und die Auswirkung auf den Signal-to-Noise Crosstalk und damit auf die Qualität der Übertragungsstrecke realistisch vorhersagen.

Ein System zur Spannungsversorgung besteht bei solchen Designs aus Hunderten von Abblockkondensatoren, die die Spannung stabilisieren und Störungen minimieren sollen. Hierbei ist deren optimaler Wert und Platzierung im Layout von entscheidender Bedeutung. Zur Optimierung der Werte und Position der Abblockkondensatoren bietet Cadence den Optimize PI Workflow an.

Für die Visualisierung des Stromversorgungssystems mit allen Kondensatoren und Verbrauchern bietet Cadence die Möglichkeit einen PowerTree zu erstellen. So kann bereits aus dem Schaltplan die Topologie des Versorgungssystems extrahiert, übersichtlich dargestellt und gezielt geplant werden.

Bereits erprobte Topologien können einfach wiederverwendet werden und stellen die richtigen Weichen sehr früh im Design-Cycle. Des Weiteren finden PowerTree zum Aufsetzen der PI-Simulation Anwendung.

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