基于二階多邊沿響應(yīng)法的快速時域分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本方法屬于信號完整性領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及高速電路基于二階多邊沿響應(yīng)法的快 速時域分析方法。本方法可應(yīng)用于高速電路中信號完整性的設(shè)計分析。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體工藝向高速度、高密度發(fā)展，作為核心競爭力的高速電路與系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)已成為必備的利器。對無源通道的分析及建模，現(xiàn)在是并且未來仍將是信號完整性工 程師的首要任務(wù)，因此，能夠快速計算出通道中信號傳輸?shù)淖畲笫д婢惋@得至關(guān)重要了。一 般是，在時域中讀取波形數(shù)據(jù)，從而計算出信號傳輸?shù)淖畲笫д?，以此來完善設(shè)計，在此過 程中，最關(guān)鍵的問題就是利用一定的方法快速精確的計算出結(jié)果。
[0003] B · K · Casper，Μ · Haycock，R · Mooney 發(fā)表的 "An accurate and efficient analysis method for multi-Gb/s chip-to-chip signaling schemes"（IEEE Symposium on VLSI Circuit Gigest of Technical Papers,2002)論文中，提出了一種求解通道中信 號傳輸?shù)淖畲笫д娴姆椒ǎ瑔挝幻}沖響應(yīng)法。其假設(shè)系統(tǒng)是線性的，由此任何數(shù)據(jù)模板的響 應(yīng)就是經(jīng)不同位移后單位脈沖響應(yīng)的線性求和。單位脈沖響應(yīng)法的本質(zhì)其實(shí)就是對單位脈 沖響應(yīng)進(jìn)行移位疊加，而我們知道疊加法的最重要的基本假設(shè)就是系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地近似為 線性時不變系統(tǒng)，也就是說其缺陷在于，單位脈沖響應(yīng)法是無法處理非線性系統(tǒng)的。其次， 假設(shè)系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖的上升邊和下降邊不對稱，根據(jù)線性系統(tǒng)的疊加性，結(jié)果是:在連續(xù)的 位之間會出現(xiàn)雜散的毛刺。因此，基于單位脈沖響應(yīng)法的快速時域法求解信號的最大失真 就會出現(xiàn)較大的誤差。
[0004] D. Oh ,F.Lambrecht,S.Chang,Q.Lin,J.Ren,J.Zerbe,C.Yuan,C.Madden, V. Stojanovic發(fā)表的 "Accurate method for analyzing highspeed 1/0 system performance"（DesignCon2007)論文中，提出了另一種求解通道中信號傳輸?shù)淖畲笫д娴?方法，雙邊沿響應(yīng)法。其將構(gòu)成數(shù)據(jù)的脈沖分解為上升邊和下降邊，通過上升邊和下降邊向 量合理組合，得到通道中信號傳輸?shù)淖畲笫д?。然而，其缺陷在于，在一些情況下是無法得 到通道中信號傳輸?shù)淖畲笫д娴模簿褪钦f，對于最大失真的1，我們發(fā)現(xiàn)如果存在某一向 量的兩個值連續(xù)為負(fù)值且后面的值小于前面的值，雙邊沿響應(yīng)法就可能失靈。在這里，向量 指的是將通道中的信號波形進(jìn)行采樣及量化后，將其移至原點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)。同樣，對于最大 失真的〇,如果存在某一向量的兩個值連續(xù)為正且后面的值大于前面的值，雙邊沿響應(yīng)法也 可能失靈。
[0005] 綜上所述，對非線性驅(qū)動器進(jìn)行建模時，單位脈沖響應(yīng)法和雙邊沿響應(yīng)法都有局 限性。當(dāng)面對上升邊和下降邊不對稱的情況時，雖然對非線性驅(qū)動器采用雙邊沿響應(yīng)法求 解將比單位脈沖響應(yīng)法的精度高，但是雙邊沿響應(yīng)法也無法捕獲器件的非線性特性，因?yàn)?在當(dāng)前位范圍外的驅(qū)動器的開關(guān)活動沒有被考慮到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本方法的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于二階多邊沿響應(yīng)法的 快速時域分析方法，以求在驅(qū)動器為非線性的情況以及上升邊與下降邊不對稱的情況下， 也能計算出通道中信號傳輸?shù)淖畲笫д??？紤]到信號傳輸時，帶有不同前導(dǎo)位的上升邊與 下降邊也是不同的，由此，將信號分解為上升邊與下降邊的同時，將上升邊與下降邊根據(jù)不 同的前導(dǎo)位再次劃分，最終得到信號傳輸?shù)难蹐D，這樣可以就直觀的得到通道中信號傳輸 的情況。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本方法的具體步驟包括：
[0008] (1)讀取波形響應(yīng)
[0009] la)用戶構(gòu)建相應(yīng)的波形響應(yīng):用戶構(gòu)建的波形響應(yīng)分別為驅(qū)動器發(fā)送碼型為110 時，010時，001時，101時的波形響應(yīng)分別為? 11〇^〇1()，1?()()1，1?1()1，發(fā)送上升邊和下降邊時的波 形響應(yīng)分別為R Q1，F(xiàn)1Q，用戶所構(gòu)建每一響應(yīng)都應(yīng)為電壓與時間的函數(shù)，所述波形響應(yīng)表現(xiàn) 為一行固定時間間隔的電壓值，所構(gòu)建的每一響應(yīng)時間長度相同；
[0010] lb)讀取用戶構(gòu)建的波形響應(yīng)：
[0011] (2)處理波形響應(yīng)
[0012] 2a)根據(jù)步驟lb)讀取的波形響應(yīng)的數(shù)據(jù)確定光標(biāo)起始點(diǎn)：
[0013] 2ai)對RQ1和F1Q進(jìn)行處理，將F1Q左邊添加 UI個0,其中UI為發(fā)送一位碼元所占的時 間間隔，將Roi右邊添加 UI個0，將新得到的RQ1和F1Q對位相加，得到一個脈沖響應(yīng)；
[0014] 2a2)找到步驟2a〇所得的脈沖響應(yīng)電壓的最大值，在這個最大值左邊與右邊各取 一值，這兩個值所在時間點(diǎn)相距UI的長度，在這些取出的點(diǎn)中，找到電壓值最為相近的兩 點(diǎn)，左邊取出的點(diǎn)的位置是光標(biāo)左起始點(diǎn)，右邊取出的點(diǎn)的位置是光標(biāo)右起始點(diǎn)，取出的兩 點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)為主光標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0015] 2a3)用步驟2a2)所得的光標(biāo)左起始點(diǎn)與光標(biāo)右起始點(diǎn)，截取步驟lb)所得R Q1與F10 的波形響應(yīng)數(shù)據(jù)，得到RQ1與F1Q主光標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0016] 2b)根據(jù)步驟lb)讀取的數(shù)據(jù)確定穩(wěn)定值，對于用戶構(gòu)建的波形響應(yīng)，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定 值為對應(yīng)波形數(shù)據(jù)的最后一個值，共有六個穩(wěn)定值，對應(yīng)步驟lb)所讀取的六個響應(yīng)；
[0017] 2c)使用讀取的數(shù)據(jù)構(gòu)建待處理邊沿響應(yīng)：
[0018] 2C1)將Rtxn及Fno向左平移一個UI，即在這兩行電壓值右邊分別添加 UI個對應(yīng)的穩(wěn) 定值，并將這兩行電壓值的第一個數(shù)據(jù)到第UI個數(shù)據(jù)刪除，然后將整行數(shù)據(jù)減去其對應(yīng)的 穩(wěn)定值；
[0019] 2c3)用對位相減的方法分別將FQ1Q減去上述R(m修改后的數(shù)據(jù)，得到新的下降邊響 應(yīng)，將Rm減去上述Fno修改后的數(shù)據(jù)得到新的上升邊響應(yīng)，將新的下降邊響應(yīng)賦值給F 010， 將新的上升邊響應(yīng)賦值給Rioi;
[0020] 構(gòu)建新下降邊和新上升邊的方法如下：
[0021 ]構(gòu)建新下降邊計算式如下：
[0022] fn(t)=y110(t)
[0023] f01 (t) = y010 (t) -y001 (t+T) +Vhigh
[0024] 其中，fWthfWt)是當(dāng)前面有兩位碼元時，時間0處的下降邊響應(yīng)；
[0025]構(gòu)建上升邊計算式如下：
[0026] r00(t)=y001(t)
[0027] r10(t)=y101(t)-y11〇(t+T)+Vi〇w
[0028] 其中，rQQ(t)、r1Q(t)是當(dāng)前面有兩位碼元時，時間0處的上升邊響應(yīng)；
[0029] 夂~是對碼型b-2b-ibo的響應(yīng)；
[0030] T表示位時寬；
[0031 ] Vhigh是對數(shù)據(jù)流1響應(yīng)而得到的穩(wěn)態(tài)直流電平；
[0032] Vi?是對數(shù)據(jù)流0響應(yīng)而得到的穩(wěn)態(tài)直流電平。
[0033] (3)求向量
[0034] 3a)將步驟2c2)所得的Ftno與R1Q1的波形響應(yīng)數(shù)據(jù)以及步驟lb)所得的Fnt^RoL， F1〇的波形響應(yīng)數(shù)據(jù)，減去相應(yīng)的穩(wěn)定值，得到波形響應(yīng)數(shù)據(jù)的拖尾部分對主光標(biāo)的影響值， 所述拖尾部分指的是數(shù)據(jù)中主光標(biāo)以后的數(shù)據(jù)，拖尾部分圍繞0值上下波動，其中，正值將 主光標(biāo)值拉高，負(fù)值將主光標(biāo)值拉低；
[0035] 3b)根據(jù)步驟2a)所求得的光標(biāo)左起始點(diǎn)，截取步驟3a)所得波形響應(yīng)數(shù)據(jù)，波形長 度為光標(biāo)左起始點(diǎn)至末尾，將Fno，F(xiàn)Q1Q，RQQ1，Rm波形響應(yīng)數(shù)據(jù)左邊刪除兩個UI的點(diǎn)，并在 波形響應(yīng)數(shù)據(jù)后添加 UI個相應(yīng)的穩(wěn)定值；
[0036] 3c)將步驟3b)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)零操作，在步驟3b)所得到的六組數(shù)據(jù)的末尾 分別添加數(shù)個0,使得響應(yīng)波形數(shù)據(jù)的個數(shù)為UI的整數(shù)倍；
[0037] 3d)將步驟3c)所得到的數(shù)據(jù)每隔UI個點(diǎn)數(shù)取一個數(shù)據(jù)，每組響應(yīng)得到UI組數(shù)據(jù)， 將得到的每組數(shù)據(jù)首尾對換，得到六組待處理向量Fno，F(xiàn)tno，Rtxn，R1Q1，Rtn，F(xiàn)10;
[0038] 3e)將步驟3d)所得待處理向量重新劃分組，每組的第一組數(shù)據(jù)為一組，每組的第 二組數(shù)據(jù)為一組，依次進(jìn)行，將數(shù)據(jù)劃分為UI組，每組中有六組數(shù)據(jù)即每UI組都包括Fno， Foio，Rqqi，Riqi，Roi，F(xiàn)io 的部分?jǐn)?shù)據(jù)；
[0039] (4)解向量
[0040] 將步驟3e)所得的每UI組向量分別進(jìn)行以下操作：
[0041] 4a)初始化數(shù)據(jù)，初始狀態(tài)有兩種特定的狀態(tài)Sqi = 0和S〇2=l，發(fā)送的碼元1或者碼 元〇對最終的電壓影響值為〇,對于狀態(tài)SQ1和狀態(tài)SQ2,電壓初始值均為0,其中，狀態(tài)指的是 當(dāng)前發(fā)送的碼型；
[0042] 4b)計算第一時刻數(shù)據(jù)：
[0043] 若初始狀態(tài)SQ1 = 0的下一時刻沒有邊沿的變化，則第一時刻的狀態(tài)為Sn = 00,且 電壓值不受影響；
[0044] 若初始狀態(tài)SQ1 = 0的下一時刻有邊沿的變化，則只能出現(xiàn)上升邊，第一時刻的狀態(tài) 為S12 = 01，電壓值為初始化電壓數(shù)據(jù)疊加步驟3e)所得數(shù)據(jù)中的RQ1的第一個值；
[0045] 若初始狀態(tài)SQ2 = 1的下一時刻沒有邊沿的變化，則第一時刻的狀態(tài)為313 = 11，且 電壓值不受影響；
[0046] 若初始狀態(tài)SQ2=1的下一時刻有邊沿的變化，則只能出現(xiàn)下降邊，第一時刻的狀態(tài) SS14= 10，電壓值為初始化電壓數(shù)據(jù)疊加步驟3e)所得數(shù)據(jù)的F1Q的第一個值；
[0047] 4c)計算第二時刻數(shù)據(jù)：
[0048] 若第一時刻的下一時刻，驅(qū)動器發(fā)送的碼元與第一時刻發(fā)送碼元相同，則第二時 刻沒有邊沿跳變，且電壓值不受影響；
[0049] 若第一時刻的下一時刻，驅(qū)動器發(fā)送的碼元與第一時刻發(fā)送碼元不同，則第二時 刻會出現(xiàn)一個上升邊或一個下降邊，電壓值為第一時刻電壓數(shù)據(jù)疊加步驟3e)所得相應(yīng)波 形響應(yīng)數(shù)據(jù)的第一個值，這個相應(yīng)波形響應(yīng)取決于第一時刻碼型；第二時刻共得到八種狀 態(tài)：S21 = 000，S22 = 001，S23 = 011，S24=010，S25=111，S26 = 110，S27= 100，S28=101;
[0050] 4d)計算第三時刻數(shù)據(jù)：
[0051] 若第二時刻的下一時刻，驅(qū)動器發(fā)送的碼元與第二時刻發(fā)送碼元相同，則該時刻 沒有邊沿跳變，且電壓值不受影響;若第二時刻的下一時刻，驅(qū)動器發(fā)送的碼元與第二時刻 發(fā)送碼元不同，則會出現(xiàn)一個上升邊或一個下降邊；由第二時刻每種狀態(tài)得到兩種第三時 刻