于東哲
(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 機(jī)載測(cè)試技術(shù)研究室,西安 710089)
隨著航空總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的1553B總線(xiàn)由于傳輸速率低、網(wǎng)絡(luò)拓展空間低等因素的限制已不能滿(mǎn)足航空電子系統(tǒng)發(fā)展的需要,對(duì)密集型的航空電子系統(tǒng)進(jìn)行信息和功能融合的綜合航空電子化技術(shù)需求愈來(lái)愈強(qiáng)烈。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),美國(guó)采用MIL-1394總線(xiàn)作為數(shù)字飛控系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倏偩€(xiàn),軍用1394B總線(xiàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是在2006年以后發(fā)布的,IEEE-1394B 標(biāo)準(zhǔn)(SAE-AS5643),即MIL-1394B總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),在2006 年進(jìn)行了發(fā)布和修訂,國(guó)內(nèi)稱(chēng)之為軍用1394B總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),新型軍用1394B總線(xiàn)帶寬可以達(dá)到400 Mbps,最早出現(xiàn)在美國(guó)的F-35戰(zhàn)機(jī)上,F(xiàn)-35飛機(jī)對(duì)1394總線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了試飛測(cè)試。
航空電子系統(tǒng)發(fā)展突飛猛進(jìn),機(jī)上系統(tǒng)對(duì)總線(xiàn)帶寬的需求持續(xù)增長(zhǎng),1394總線(xiàn)的數(shù)據(jù)速率從初代基礎(chǔ)上隨需求不斷提升,目前1394總線(xiàn)理論上支持最高3.2 Gbps的數(shù)據(jù)速率。當(dāng)1394總線(xiàn)速率不斷提升,信號(hào)完整性與電源完整性(SIPI, signal integrity and power integrity)問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。飛行試驗(yàn)中,機(jī)載高速總線(xiàn)采集板卡功能受數(shù)據(jù)速率提升影響巨大,數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在高頻時(shí)往往出現(xiàn)與低頻截然不同的特性,出現(xiàn)包括反射、串?dāng)_、抖動(dòng)等信號(hào)完整性與電源完整性問(wèn)題。
為正確判斷試驗(yàn)機(jī)機(jī)上關(guān)鍵系統(tǒng)高速總線(xiàn)通訊準(zhǔn)確性,需要對(duì)機(jī)載1394B高速總線(xiàn)采集板卡進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的SIPI仿真來(lái)驗(yàn)證板卡的硬件傳輸性能,保證采集總線(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。本文對(duì)機(jī)載高速1394B總線(xiàn)采集板卡SIPI仿真中需要的最壞情況激勵(lì)進(jìn)行深入研究。首先研究機(jī)載1394B總線(xiàn)采集板卡存在的SIPI問(wèn)題;其次分析最壞情況激勵(lì)產(chǎn)生機(jī)理;最后針對(duì)選通波占空比設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論。本文研究結(jié)果為機(jī)載1394B高速總線(xiàn)采集板卡的SIPI仿真關(guān)鍵技術(shù),指導(dǎo)1394B總線(xiàn)采集邏輯設(shè)計(jì),提供1394B總線(xiàn)采集故障排除思路。
信號(hào)完整性(SI,signal integrity)指信號(hào)在信號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳輸后,時(shí)序與電平能否滿(mǎn)足接收端信號(hào)閾值要求。信號(hào)完整性問(wèn)題包括反射、損耗、線(xiàn)間串?dāng)_、碼間串?dāng)_和抖動(dòng)等,分布在傳輸線(xiàn)和傳輸起止點(diǎn)的各個(gè)部分。
電源完整性(PI, power integrity)指電源分配網(wǎng)絡(luò)(PDN, power delivery network)各點(diǎn)電平在傳輸電能過(guò)程中穩(wěn)定持續(xù)的問(wèn)題。電源完整性問(wèn)題包括電壓降、穩(wěn)壓器輸出紋波、同步開(kāi)關(guān)噪聲、電磁輻射噪聲等。
在傳統(tǒng)的SIPI仿真中,將信號(hào)完整性(SI)和電源完整性(PI)作為兩部分別仿真,工程師針對(duì)SI和PI的仿真結(jié)果分別對(duì)信號(hào)路徑和電源分配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行SIPI優(yōu)化。隨電路集成度及多層堆疊水平提高,常規(guī)分析方式導(dǎo)致過(guò)度設(shè)計(jì),且在同步開(kāi)關(guān)噪聲作用下SI與PI密切相關(guān),分開(kāi)研究導(dǎo)致耦合效果缺失。SIPI聯(lián)合仿真在進(jìn)行SI仿真的同時(shí)參考PI的耦合效果,大大降低過(guò)度設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn),節(jié)約仿真時(shí)間。在現(xiàn)有SI與PI仿真中,系統(tǒng)輸入激勵(lì)選擇范圍較固定,包括隨機(jī)碼、固定頻率方波和偽隨機(jī)二進(jìn)制碼(PRBS, pseudo-random binary sequence)等。以上激勵(lì)在仿真中無(wú)法全面體現(xiàn)系統(tǒng)的傳輸性能,尤其在SIPI聯(lián)合仿真中,常規(guī)激勵(lì)無(wú)法提供系統(tǒng)整體最壞的輸入情況。
在SI仿真中,常使用偽隨機(jī)碼作為能夠體現(xiàn)信號(hào)路徑SI性能的激勵(lì),偽隨機(jī)碼的偽隨機(jī)性能全面體現(xiàn)系統(tǒng)信號(hào)線(xiàn)路的SI性能。在PI仿真中,使用具有電源網(wǎng)絡(luò)阻抗諧振頻率的方波作為激勵(lì),根據(jù)同步開(kāi)關(guān)噪聲原理,這種方波激勵(lì)的頻域分量在電源網(wǎng)絡(luò)阻抗諧振頻率處幅值很高,將在電源網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生最大的電源噪聲。
在1394B總線(xiàn)采集模塊SIPI仿真中,考慮同步開(kāi)關(guān)噪聲影響下的SIPI耦合,結(jié)合PRBS碼與電源網(wǎng)絡(luò)阻抗諧振頻率方波,產(chǎn)生初步的最壞情況激勵(lì)。但最壞情況激勵(lì)產(chǎn)生過(guò)程中的選通方波占空比需仿真研究確定。
在實(shí)際工作中,國(guó)際應(yīng)用較廣泛的某型號(hào)1394B總線(xiàn)采集板卡面對(duì)過(guò)高的1394B總線(xiàn)數(shù)據(jù)速率,在傳輸帶線(xiàn)及I/O口模擬設(shè)計(jì)層面存在串?dāng)_、反射、抖動(dòng)及同步開(kāi)關(guān)噪聲問(wèn)題。
1)串?dāng)_:
串?dāng)_主要分為碼間串?dāng)_和線(xiàn)間串?dāng)_。
碼間串?dāng)_主要由于傳輸帶線(xiàn)寄生參數(shù)造成的高頻阻抗較高,使信號(hào)的高頻分量削弱。當(dāng)頻域中的高頻分量占比降低,在時(shí)域中就體現(xiàn)為信號(hào)效果延長(zhǎng),最終導(dǎo)致相鄰信號(hào)相連,無(wú)法判決中間數(shù)據(jù)性質(zhì),形成信號(hào)內(nèi)碼值與碼值之間的串?dāng)_產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤碼。
機(jī)載1394B采集板卡SIPI性能主要受到線(xiàn)間串?dāng)_影響。線(xiàn)間串?dāng)_原理如圖1,線(xiàn)間串?dāng)_由采集板卡信號(hào)傳輸帶線(xiàn)中,高速變化的電壓信號(hào)所引起的劇烈小范圍電磁場(chǎng)變化引起。在板卡實(shí)驗(yàn)中,觀察到的線(xiàn)間串?dāng)_波形尚未能對(duì)總線(xiàn)信號(hào)判決產(chǎn)生影響。其主要原因?yàn)椋翰杉K設(shè)計(jì)體積較大,擁有大量線(xiàn)間距裕值,有效減少線(xiàn)間串?dāng)_。線(xiàn)間串?dāng)_在未來(lái)高集成度低功耗采集模塊中,將產(chǎn)生大量SIPI問(wèn)題。
圖1 線(xiàn)間串?dāng)_原理
2)反射:
在傳輸線(xiàn)設(shè)計(jì)中,寄生電容、寄生電感及其他寄生效應(yīng)產(chǎn)生傳輸線(xiàn)寄生阻抗。當(dāng)寄生參數(shù)在設(shè)計(jì)或工藝限制下在線(xiàn)上某點(diǎn)發(fā)生變化,則此點(diǎn)產(chǎn)生阻抗差值,信號(hào)在此點(diǎn)發(fā)生反射。
信號(hào)反射強(qiáng)度如公式所示,
(1)
式中,V
與V
分別為反射信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓;Z
與Z
分別為阻抗變化前后的傳輸線(xiàn)特性阻抗。信號(hào)線(xiàn)阻抗不匹配時(shí),可在接口處測(cè)得過(guò)沖或下沖波形;信號(hào)在傳輸線(xiàn)上來(lái)回反射時(shí),則會(huì)產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象如圖2所示。圖2 振鈴現(xiàn)象
采集板卡的反射問(wèn)題在端口端接電阻設(shè)計(jì)錯(cuò)誤時(shí),其產(chǎn)生的信號(hào)削弱與返回信號(hào)串?dāng)_尤其明顯,產(chǎn)生的信號(hào)過(guò)沖和下沖及后續(xù)的振鈴現(xiàn)象極影響信號(hào)判決。信號(hào)反射產(chǎn)生的振鈴問(wèn)題可通過(guò)合理設(shè)置I/O端接電阻來(lái)解決。
3)同步開(kāi)關(guān)噪聲:
同步開(kāi)關(guān)噪聲(SSN, simultaneous switching noise)是多I/O數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要電源噪聲來(lái)源,其原理圖如圖3所示。圖中NMOS與PMOS組成IBIS規(guī)則的下的簡(jiǎn)化I/O驅(qū)動(dòng)器,輸出電路存在寄生電阻和寄生電感,并搭載負(fù)載電容,電源線(xiàn)路存在寄生電感和去耦電容。
圖3 SSN產(chǎn)生原理圖
SSN產(chǎn)生電源電壓波動(dòng)有兩點(diǎn)要求:信號(hào)路徑存在開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換;電源網(wǎng)絡(luò)存在寄生電感等寄生參數(shù)。當(dāng)輸出信號(hào)由1變?yōu)?,PMOS打開(kāi),負(fù)載電容充電,產(chǎn)生經(jīng)過(guò)PMOS的由電源線(xiàn)路到負(fù)載電容的充電電流;當(dāng)輸入信號(hào)由0變?yōu)?,NMOS打開(kāi),負(fù)載電容放電,產(chǎn)生經(jīng)過(guò)NMOS的由負(fù)載電容到地的放電電流。充電電流在電源網(wǎng)絡(luò)中流過(guò)寄生電感與寄生電容,產(chǎn)生電源電壓噪聲。有時(shí)由于接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不當(dāng),放電電流引起電壓波動(dòng),產(chǎn)生地彈效應(yīng)。
(2)
式中,V
為同步開(kāi)關(guān)噪聲電壓,N
為同時(shí)切換狀態(tài)的開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù);L
為電源網(wǎng)絡(luò)的寄生檔案;i
為單個(gè)開(kāi)關(guān)切換狀態(tài)時(shí)負(fù)載充電電流和瞬時(shí)導(dǎo)通電流的和;t
為開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換時(shí)間。SSN電壓的幅值由開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)、寄生電感感抗和電流變化沿斜率決定,頻率由系統(tǒng)輸入激勵(lì)決定。1394B采集板卡的SSN問(wèn)題造成高速總線(xiàn)信號(hào)對(duì)板卡電源平面供電質(zhì)量產(chǎn)生影響,是采集板卡進(jìn)行SIPI聯(lián)合仿真的重要原因。最壞情況激勵(lì)設(shè)計(jì)主要以SSN為切入點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
由于SSN在電路I/O接口中普遍存在,采集板卡電源平面中存在波形與總線(xiàn)信號(hào)相關(guān)的噪聲電壓波動(dòng)。同時(shí)根據(jù)電源平面噪聲研究結(jié)果,電源平面存在寄生阻抗,且寄生阻抗存在諧振頻率,結(jié)合SSN噪聲原理可進(jìn)行最壞情況激勵(lì)設(shè)計(jì)。此最壞情況激勵(lì)作為電路SIPI性能仿真信號(hào)輸入,須同時(shí)考慮高速總線(xiàn)采集模塊的信號(hào)通路SI性能與電源通路PI性能,考慮兩者的耦合效應(yīng),最終產(chǎn)生采集模塊可能處理的會(huì)產(chǎn)生全面SIPI性能影響的最壞輸入信號(hào)。
將PRBS碼與電源網(wǎng)絡(luò)阻抗諧振頻率方波結(jié)合以產(chǎn)生最壞情況激勵(lì),在SIPI仿真中體現(xiàn)系統(tǒng)最壞的工作情況。利用選通方法作為兩種激勵(lì)的結(jié)合方式,當(dāng)具有電源網(wǎng)絡(luò)阻抗諧振頻率的方波(后稱(chēng)選通方波)為低電平時(shí)保持低電平信號(hào),當(dāng)選通方波為高電平輸出PRBS碼,最終產(chǎn)生具有更高低頻分量的PRBS碼。
當(dāng)激勵(lì)分別為選通方波、PRBS碼、最壞情況激勵(lì)時(shí)的仿真結(jié)果對(duì)比如圖4所示。此仿真環(huán)境中,數(shù)據(jù)速率2.4 Gbps,電源網(wǎng)絡(luò)阻抗諧振頻率120 MHz,仿真激勵(lì)長(zhǎng)度設(shè)置為600 bits。
圖4 采用不同激勵(lì)下的DDR總線(xiàn)系統(tǒng)輸出眼圖
由圖4參數(shù)可知最壞情況激勵(lì)產(chǎn)生眼圖的眼寬比PRBS碼產(chǎn)生的眼寬減少4.7%(16.33 ps),;最壞情況激勵(lì)產(chǎn)生眼圖的眼高比PRBS碼產(chǎn)生的眼高減少了19.9%(104 mV)。
這種選通產(chǎn)生的新激勵(lì)全面體現(xiàn)了總線(xiàn)系統(tǒng)的SIPI問(wèn)題,但通過(guò)選通方式將兩種激勵(lì)進(jìn)行耦合同樣損失了大量的信號(hào)變化沿,也就是在產(chǎn)生電源網(wǎng)絡(luò)最大噪聲的同時(shí)損失了用來(lái)體現(xiàn)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)性能的信號(hào)變化沿。
選通波占空比作為最壞情況激勵(lì)產(chǎn)生過(guò)程中的唯一變量,同時(shí)控制選通方波在頻域中諧振頻率點(diǎn)的幅值和剩余的變化沿?cái)?shù)量,直接決定了最壞情況激勵(lì)的仿真效果,需要通過(guò)計(jì)算結(jié)合仿真的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。
智能分析儀表集成了多個(gè)傳感器,除輸出測(cè)量值,還輸出多個(gè)設(shè)備本體及輔助設(shè)備的狀態(tài)及驗(yàn)證信號(hào),用以輔助判斷測(cè)量值是否有效。下面介紹Profibus-DP的智能分析儀表的信號(hào)種類(lèi)。
由同步開(kāi)關(guān)噪聲引起的電源電壓波動(dòng)是高速系統(tǒng)中重要的非理想因素。在電源網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的噪聲頻率取決于激勵(lì)信號(hào),噪聲頻域分布與激勵(lì)的頻域分布有關(guān),這是本文選通波占空比研究的基礎(chǔ)。
由傅里葉變換可知:
(3)
其中:τ
為一周期內(nèi)高電平的持續(xù)時(shí)間,T
為周期,τ/T
為占空比,其他參數(shù)為傅里葉變換的常規(guī)參數(shù),不再贅述。根據(jù)歐拉公式:(4)
用k
代替占空比τ/T
,則(5)
由上式可知,當(dāng)nk
值為整數(shù)時(shí),頻域分量為0。取第一個(gè)頻域諧振點(diǎn)的峰值作為參考,即n
=1,利用求導(dǎo)法求得,當(dāng)k
=1/
2時(shí),F
獲得最大值。即,僅對(duì)于電源網(wǎng)絡(luò)噪聲來(lái)說(shuō),當(dāng)占空比為1/2時(shí),產(chǎn)生最大的電源網(wǎng)絡(luò)噪聲。但在SIPI聯(lián)合仿真中,選通波占空比為1/2時(shí)產(chǎn)生的激勵(lì)是否為最壞情況仍需要研究。假設(shè)電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)水平極差,電源網(wǎng)絡(luò)噪聲無(wú)限大,則此時(shí)選通波采用1/2占空比產(chǎn)生的激勵(lì)碼型為最壞情況激勵(lì);假設(shè)電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)水平極高,電源網(wǎng)絡(luò)噪聲無(wú)限小,此時(shí)選通波占空比為1將產(chǎn)生最壞情況激勵(lì)。為驗(yàn)證上述占空比計(jì)算結(jié)論,設(shè)計(jì)3個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中可控環(huán)境變量與關(guān)鍵變量分為系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)(包括數(shù)據(jù)速率、時(shí)鐘周期、仿真時(shí)長(zhǎng)),激勵(lì)產(chǎn)生過(guò)程中選通波占空比,仿真環(huán)境的信號(hào)傳輸能力與電源平面設(shè)計(jì)水平。針對(duì)以上參數(shù),實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)如下所示:
1)研究正常情況下不同占空比選通方波產(chǎn)生的最壞情況激勵(lì)的仿真結(jié)果。
搭建基于機(jī)載1394B采集模塊電路結(jié)構(gòu)的仿真環(huán)境。環(huán)境中仿真數(shù)據(jù)速率設(shè)置為2.4 Gbps,時(shí)鐘頻率設(shè)置為1.2 GHz,仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為600個(gè)數(shù)據(jù)輸出時(shí)間。
將最壞情況激勵(lì)選通方波的占空比分別設(shè)置為1/2、3/4和9/10,對(duì)PRBS碼進(jìn)行選通,產(chǎn)生各自的“最壞情況激勵(lì)”,輸入仿真環(huán)境分別仿真。選通方波占空比的設(shè)定同時(shí)考慮電源網(wǎng)絡(luò)阻抗諧振頻率和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率,以數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)作為選通波波長(zhǎng)單位。
信號(hào)采集末端設(shè)置觀察點(diǎn),采用1倍信號(hào)周期畫(huà)出輸出信號(hào)眼圖,輸出至觀察窗口。
2)研究信號(hào)通路惡化情況下不同占空比選通方波產(chǎn)生的最壞情況激勵(lì)的仿真結(jié)果。
同樣采用搭建好的基于機(jī)載1394B采集模塊電路結(jié)構(gòu)的仿真環(huán)境,人為對(duì)仿真環(huán)境中信號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳輸情況進(jìn)行惡化,將信號(hào)輸入端的端接電阻由40 Ω更改為80 Ω,此時(shí)信號(hào)反射率約達(dá)30%,數(shù)據(jù)速率調(diào)整到3.2 Gbps。
選通方波的占空比設(shè)置為1/2、3/4和25/28,分別對(duì)PRBS碼進(jìn)行選通,產(chǎn)生各自的“最壞情況激勵(lì)”,輸入仿真環(huán)境分別仿真。
信號(hào)采集末端設(shè)置觀察點(diǎn),采用1倍信號(hào)周期畫(huà)出輸出信號(hào)眼圖,輸出至觀察窗口。
3) 研究電源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化情況下不同占空比選通方波產(chǎn)生的最壞情況激勵(lì)的仿真結(jié)果。
同樣采用前實(shí)驗(yàn)的基于機(jī)載1394B采集模塊電路結(jié)構(gòu)的仿真環(huán)境,對(duì)仿真環(huán)境中電源網(wǎng)絡(luò)傳輸情況進(jìn)行優(yōu)化。以實(shí)驗(yàn)1)中的環(huán)境參數(shù)為基礎(chǔ),在電源網(wǎng)絡(luò)并接16 nF的去耦電容,此去耦電容能有效減小電源網(wǎng)絡(luò)100 MHz頻率附近的阻抗,即減小電源網(wǎng)絡(luò)諧振頻率阻抗峰值。由于存在寄生電感等參數(shù),此電容的去耦效果優(yōu)于其他量級(jí)容值電容。去耦效果如圖5所示,諧振頻率由120 MHz移動(dòng)到60 MHz,諧振阻抗從減小一倍以上。
圖5 去耦前后電源網(wǎng)絡(luò)頻域阻抗
對(duì)應(yīng)設(shè)置最壞情況激勵(lì)選通波占空比為1/2、3/4和9/10,對(duì)PRBS碼進(jìn)行選通,結(jié)果激勵(lì)輸入仿真環(huán)境分別仿真。
信號(hào)采集末端設(shè)置觀察點(diǎn),采用1倍信號(hào)周期畫(huà)出輸出信號(hào)眼圖,輸出至觀察窗口。
將輸出窗口的眼圖繪制結(jié)果整理對(duì)比如下:對(duì)比實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集末端輸出如圖6中(a)(b)(c)所示,分別對(duì)應(yīng)(1)(2)(3)仿真環(huán)境。
眼圖參數(shù)為實(shí)際測(cè)量的最小眼寬與眼高,參數(shù)測(cè)量后記入表1。其中眼寬參數(shù)為pS,眼高參數(shù)為mV。
表1 3種傳輸情況下,不同占空比選通波產(chǎn)生的激勵(lì)的仿真眼圖參數(shù)
圖6 3種傳輸情況下,不同占空比選通波產(chǎn)生的激勵(lì)的仿真眼圖
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中:
1)當(dāng)采用初始機(jī)載1394B總線(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊仿真環(huán)境,1/2占空比選通波產(chǎn)生的激勵(lì)的輸出眼圖相比于3/4占空比的情況,眼寬減少1.0%(3.56 ps),眼高減少17.3%(85 mV);
2)采用惡化信號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳輸情況后的仿真環(huán)境,1/2占空比選通波產(chǎn)生激勵(lì)的輸出眼圖相比3/4占空比的情況,眼寬減少8.5%(12.76 ps),眼高減少27.0%(104 mV);
3)采用優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)傳輸情況后的仿真環(huán)境,1/2占空比選通波產(chǎn)生激勵(lì)的輸出眼圖相比3/4占空比的情況,眼寬減少0.3%(1.05 ps),眼高減少4.8%(26 mV)。
4)所有實(shí)驗(yàn)條件下,最大的占空比(18/20,25/28)產(chǎn)生的眼圖均最大。其原因可分析為:過(guò)大的占空比導(dǎo)致激勵(lì)在電源平面諧振頻率位置的頻域分量過(guò)小,激起的電源噪聲波紋弱,系統(tǒng)電源噪聲未得到全面體現(xiàn)。
在不同傳輸情況下,1/2占空比選通波產(chǎn)生的激勵(lì)都為最壞情況激勵(lì)。
結(jié)果中,隨著信號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳輸情況的惡化,1/2占空比情況下最壞情況激勵(lì)產(chǎn)生的眼圖參數(shù)和3/4占空比情況的眼圖參數(shù)同步劇烈惡化,說(shuō)明采集模塊的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)SI性能為整體SIPI性能的主要影響因素。同時(shí),1/2占空比情況下最壞情況激勵(lì)產(chǎn)生的眼圖參數(shù)仍舊明顯小于3/4占空比情況的眼圖參數(shù)。
隨著電源網(wǎng)絡(luò)傳輸情況的優(yōu)化,1/2占空比情況下最壞情況激勵(lì)產(chǎn)生的眼圖參數(shù)和3/4占空比情況的眼圖參數(shù)逐漸接近。以當(dāng)前行業(yè)電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)生產(chǎn)水平及小型化高集成限制,電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)尚不存在如本文中的優(yōu)化設(shè)計(jì)空間,1/2占空比選通波產(chǎn)生激勵(lì)的輸出眼圖參數(shù)在未來(lái)一段時(shí)間的SIPI仿真中仍會(huì)小于3/4的情況。
以上仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)平均為1.5小時(shí),為系統(tǒng)級(jí)SIPI仿真中較普遍的仿真時(shí)長(zhǎng),沒(méi)有增加仿真時(shí)長(zhǎng)提高信號(hào)變化沿?cái)?shù)量的可能。所以,當(dāng)選通方波占空比為1/2時(shí),選通產(chǎn)生的結(jié)果碼型在實(shí)驗(yàn)的各種情況下均為最壞情況激勵(lì)。
在機(jī)載1394B總線(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊的SIPI仿真中,結(jié)合頻率為電源網(wǎng)絡(luò)阻抗諧振頻率的方波和PRBS碼,產(chǎn)生全面體現(xiàn)系統(tǒng)SIPI問(wèn)題的最壞情況激勵(lì)時(shí),占空比為1/2的選通方波產(chǎn)生的最壞情況激勵(lì)將體現(xiàn)最壞的信號(hào)傳輸情況,起到最好的驗(yàn)證作用。
在國(guó)產(chǎn)化機(jī)載總線(xiàn)采集模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)避免電源網(wǎng)絡(luò)阻抗諧振頻率接近機(jī)上總線(xiàn)信號(hào)頻域分量極值點(diǎn),如無(wú)法避免則應(yīng)設(shè)置特殊空白位填充字避免出現(xiàn)本文驗(yàn)證中占空比接近1/2的情況。在機(jī)載總線(xiàn)采集模塊應(yīng)用中,如發(fā)生采集錯(cuò)誤的故障,則應(yīng)將模塊的SIPI問(wèn)題作為故障項(xiàng)進(jìn)行排除。