設(shè)計(jì)和仿真方法

　　FPGA構(gòu)架不同，收發(fā)器的設(shè)計(jì)方法也不同，這就對(duì)集成提出了挑戰(zhàn)。收發(fā)器包括PLL(鎖相環(huán))，CDR，預(yù)加重，均衡器，速率匹配器，字節(jié)對(duì)準(zhǔn)器，8B10B編/解碼器，模式檢測(cè)器和狀態(tài)機(jī)在內(nèi)的混合信號(hào)模塊。

　　設(shè)計(jì)收發(fā)器和FPGA需要新的混合信號(hào)仿真環(huán)境。首先，采用標(biāo)準(zhǔn)的SPICE網(wǎng)表來(lái)設(shè)計(jì)和仿真獨(dú)立的模擬信號(hào)模塊。當(dāng)對(duì)多個(gè)模擬信號(hào)模塊進(jìn)行仿真時(shí)，從復(fù)位喚醒至CDR鎖定，以獲得字節(jié)對(duì)準(zhǔn)等系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的仿真時(shí)間會(huì)非常長(zhǎng)，因此需要謹(jǐn)慎處理。

　　為克服這些障礙，所有的模擬模塊由HDL進(jìn)行表征。對(duì)具體的每一個(gè)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，那些不重要的特定模擬模塊可以用HDL模型代替，而其他模塊仍舊采用SPICE網(wǎng)表。這些混合HDL/SPICE模擬模塊網(wǎng)表同數(shù)字模塊的HDL模型(或者在一些情況下，是具有回饋時(shí)序的門級(jí)網(wǎng)表)一起構(gòu)成了實(shí)際的系統(tǒng)級(jí)仿真。以上的混合信號(hào)仿真方法還利用了基于數(shù)字邏輯RTL仿真的Verilog測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

　　FPGA還有另一個(gè)獨(dú)特的驗(yàn)證問(wèn)題。需要對(duì)FPGA設(shè)計(jì)工具(例如Quartus)所認(rèn)定的數(shù)百萬(wàn)個(gè)CRAM進(jìn)行功能驗(yàn)證。設(shè)計(jì)工具的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)和IC設(shè)計(jì)的“混合Verilog/圖表”數(shù)據(jù)庫(kù)都采用了一套共同的輸入矢量和CRAM設(shè)置。所有的仿真結(jié)果必須匹配。

　　布板集成

　　布板有兩個(gè)難點(diǎn)：收發(fā)器模塊同F(xiàn)PGA其他部分的電隔離以及收發(fā)器和FPGA的不同布線規(guī)則。

　　收發(fā)器對(duì)抖動(dòng)產(chǎn)生和容限規(guī)范的嚴(yán)格要求使得收發(fā)器和FPGA其余部分必須進(jìn)行分離。收發(fā)器模塊由一圈深N阱環(huán)繞，隔絕來(lái)自FPGA結(jié)構(gòu)的噪聲，防止耦合進(jìn)PLL和CDR等敏感電路。每一個(gè)收發(fā)器模塊的電源和地都有不同之處，彼此進(jìn)行隔離，每一個(gè)都連接到自己的地和電源球上。

　　盡管都在同一個(gè)晶片上，F(xiàn)PGA和收發(fā)器的設(shè)計(jì)規(guī)則還是略有不同。對(duì)于收發(fā)器和FPGA，完全的芯片布線驗(yàn)證需要分開(kāi)DRC和LVS。圍繞收發(fā)器的一個(gè)環(huán)被定義為中間連接區(qū)，只有金屬導(dǎo)引的信號(hào)能夠穿過(guò)這一區(qū)域。一旦我們驗(yàn)證了收發(fā)器和FPGA滿足DRC，則采用一個(gè)部分設(shè)計(jì)規(guī)則檢查中間連接區(qū)，以便將他們并入一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　封裝選擇

　　進(jìn)行很好的封裝選擇以支持吉比特以上的速率是非常重要的。采用多層FR4材料作為基底的倒裝焊細(xì)線BGA(球狀柵格陣列)封裝可以滿足這種要求。高速I/O通道首先進(jìn)行設(shè)計(jì)，其走線越短越好。此外，我們控制走線阻抗，保證高速信號(hào)通過(guò)的過(guò)孔數(shù)量最少。在晶片針腳和封裝球之間200多個(gè)重要通道的仿真實(shí)現(xiàn)了最佳的信號(hào)完整性。使用HFSS和Ansoft等高級(jí)建模工具來(lái)提取走線和過(guò)孔的SPICE模型。最后，還需要特別注意電源、地平面和通道以減小串?dāng)_和噪聲。

　　結(jié)語(yǔ)

　　在FPGA，ASSP和ASIC中集成收發(fā)器不會(huì)僅停留在3.125Gbps的速率上。下一代FPGA將嵌入運(yùn)行在6.5Gbps至10Gbps的高速收發(fā)器。這種集成趨勢(shì)將隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的提高而不斷擴(kuò)大。■