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IO摆放基本规则

已有 79 次阅读| 2024-12-19 15:52 |个人分类:innovus|系统分类:芯片设计

1、SSO（Simultaneously Switching Output）

大多数硅器件对相邻电源引脚对和/或接地引脚对之间允许的同步开关输出（SSO）的数量有限制，因为增加I/O引脚的数量可能会引入更多的开关噪声。数字设计人员遇到的两个常见的噪声相关问题是接地反弹和Vccsag。几乎每个板都存在圆形反弹和Vccsag。

本章的目的是帮助用户在设计中找出合适数量的power ground pad。它也是减少SSO或接地反弹效应的一般指南

1.1 地弹效应（Ground Bounce Effect）

图中显示了特定封装类型的板、设备和负载之间的典型连接。它说明了当I/O引脚从高切换到低时，设备接地如何反弹。如果I/O引脚切换到高电平，则负载电容器被充电。当引脚从高切换到低时，电容器放电，电流（di/dt）从负载电容器通过电感器L1流到板上（见图）。这种通过寄生电感器（L2）的电流（di/dt）的突然冲击导致设备接地和板接地之间的避免反弹，其中反弹程度可以通过方程V=L2（di/dt）确定。

虽然单个输出开关引起的噪声通常低于输入低电压（VIL），但多个SSO I/O单元的聚合噪声可能会超过后续接收设备的逻辑阈值。产生高达VIL噪声的SSO I/O单元的最大数量由DI表征，然后可以相应地确定DI的倒数DF。这些DI和DF将在下一节中更详细地解释。

此外，当输出从低切换到高时，Vccsag以与地反弹相同的方式发生。然而，由于设备中的开关电流很小，这种噪声很小，可以忽略不计。

1.2 I/O电源/接地单元数量计算

在SSO情况下：

I/O域中所需的最小接地单元数量=SDF I/O域中要求的最小电源单元数量=（SDF/1.1）

对于非SSO情况，I/O电源域中所需的电源/接地单元数量小于SSO情况：

I/O域中所需的最小接地单元数量=（SDF/1.5）

I/O域所需的最小电源单元数量=（SDF/1.6）

SDF代表“驱动因子之和”，它累积放置在I/O电源域中的所有I/O单元的DF值。SDF确定放置在IO电源域的IO个数必须满足的电源/接地单元的最小数量，以抑制SSO噪声。

DF代表“驱动器系数”，这是一个变量，表示特定输出缓冲器对电源/接地轨上的SSN（由接地反弹效应引起的同时切换噪声）的贡献程度。输出缓冲器的DF值与di/dt成正比，di/dt是输出缓冲器上电流相对于时间的导数。实际上，DF可以通过以下方式获得：DF=1/DI，其中DI是在不使安静输出“0”上的电压高于“VIL”的情况下同时从高切换到低的特定I/O单元的最大数量。

相应的DF表由工厂提供。还列出了SSO仿真模型和SSO仿真的所有参数。从DF表中，用户可以轻松计算SSO或非SSO情况下1/O域中所需的电源/接地单元数量。这里给出了几个例子来显示计算中的更多细节：

（1）检查每种类型的I/O单元的DF值

在稳定输出节点处发生的噪声称为相当输出切换（QOS）。“VIL”的QOS是SSO仿真中的失败标准之一。如果四个相同的I/O单元和一个接地单元（L2）产生“VIL”噪声，则DI为4，DF为1/4=0.25。用户可以查看DF值以及他们的封装布线电感（L3、L2和L1）。

（2）计算整个芯片的SDF值

一旦获得各种类型IO的DF，SDF值将是这些DF的总和。

例如，一种设计有8个2mA和10个12mA非转换速率控制缓冲器和20个24mA转换速率控制缓冲区，接线电感为5.2nH。SDF值可以根据DF表确定，如果接线电感为5.2nH，2mA、12mA和24mA电池的DF值分别为0.014、0.109和0.249。SDF变成

(8×0.014)+(10×0.109)+(20×0.249)=6.182

（3）所需电源/接地单元的数量为：

在SSO的情况下：

ground cell num=6.182->7

power cell num=6.182/1.1=5.62→6

因此，I/O域中需要7个接地单元和6个电源单元。