光纤开关网络模块高速电路的设计与实现

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1、第41卷第1期2011年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．41No．1Jan．2011光纤开关网络模块高速电路的设计与实现张战平，冯俊，陶健(中国航空计算技术研究所，陕西西安710068)摘要：讨论了FC(FiberChannel)开关网络模块高速电路的设计与实现。开关网络模块的数据传输速率达到了1．0625Gbps，其高速电路设计已成为系统能否可靠运行的关键因素之一。分析了传输线选择、特性阻抗控制以及信号完整性等问题，并阐述了布局、布线、电源地和叠层等设计方法。关键词：航空电子；高速电路；传输线；特征阻抗；信号完整性中图分类号：TP3

2、31．2文献标识码：A文章编号：1671—654X(2011)01．0123．06DesignandAchievementofSwitchingNetworkModuleHighSpeedDigitalCircuitBasedonFiberChannelNetworkZHANGZhan—ping，FENGJun，TA0Jian(AeronauticalComputingTechniqueResearchInstitute，Xi7an710068，China)Abstract：Themainofthispaperisabouttheanalysisanddesignofswitching

3、networkmodulehighspeeddigitalcircuitbasedonFCnetwork．Thedatatransmissionrateis1．0625Gbpsintheswitchingnetworkmodule，,SOthehighspeeddigitalcircuitissueinthemodulewillbethekeyofsuccessfuldesign．Inthispaper，thechoiceoftransmissionline，thecontrolofcharacteristicimpedanceandseveralmainkindsofsignalin

4、tegralityareanalyzedindetail．Thedesignoftrace，layout，power，groundandstackuparedis—cussedalSO．Keywords：speeddigitalcircuit；signalintegrality；switchingnetwork；fibrechannel引言随着集成电路工艺技术的飞速发展，集成电路芯片朝着大规模、小体积、高速度的方向发展。芯片的体积减小使PCB布局、布线的密度变大，速度的提高使芯片的开关速度、信号的工作频率不断攀升。因此布局、电源地、叠层和布线等设计已成为决定一个高速电路设计能否成功的关

5、键因素。在开关网络模块中，高速信号已达到1．0625Gbps，高速信号线必须以传输线考虑，高速电路设计必须面对传输延迟、反射、串扰、同步切换和电磁干扰等信号完整性问题。l开关网络模块高速电路的系统结构开关网络模块的高速电路部分用来传输高速FC数据，主要有彤电转换、互为备份的交叉开关和电／光转换电路组成。如图1所示，彤电转换电路完成FC光信号转换为高速的电信号(1．0625Gbps)，交叉开关完成48路链路的交叉互联，电／光转换电路完成高速电信号转换为光信号。图1高速电路的系统结构2开关网络模块信号完整性问题分析信号完整性(SignalIntegrity)是指信号未受到损伤的一种状态，它

6、表明信号通过信号传输线后仍保持其正确的功能特性，信号能在电路中以正确的时序和电压作出响应。信号完整性问题主要源于传输线互连收稿日期：2010—10—19基金项目：航空科学基金资助项目(20081951028)作者简介：张战平(1976一)。男，陕西蒲城人，工程师，研究方向为计算机系统结构。·124·航空计算技术第41卷第1期以及由其引起的传输线效应。开关网络模块的信号完整性问题主要表现为传输延迟、反射、串扰、同步切换、电磁干扰等⋯。延迟(delay)是指信号在传输线上以有限的速度传输，信号从源端出发到达接收端，其间存在一个传输延迟，由于芯片只能按规定的时序接收数据，如果一组传输线的传输

7、延迟时间差超过了芯片规定时序的允许时间，将会造成时序错误和功能混乱。传输延迟是由信号线走线长度不同、驱动过载等引起的，主要取决于传输线的长度和传输线周围介质的介电常数。开关网络模块的传输延迟问题主要表现为差分对两条信号线的传输延迟时间差可能超过允许值。信号反射(reflection)是信号在传输线上的回波。传输线的阻抗不连续，源端、传输线、负载的阻抗不匹配，电源和地平面的不连续等，都将引起信号的反射。如果信号的反射电压过大，将产生信号的过冲(o