高速数字电路设计：时序模型与非等长布线策略

高速数字电路设计中的互连时序模型与布线长度分析是一项关键任务，特别是在高速接口如SPI（Serial Peripheral Interface）、MII（Media Independent Interface）、RMII（Reduced Media Independent Interface）和SDRAM（Static Random Access Memory）的设计中。一般来说，为了确保信号传输的准确性和稳定性，走线应尽可能地短。例如，对于非DDR SDRAM（如SDRAM）接口，走线等长是一种常见的优化策略，因为它简化了设计并降低了延迟风险。 在高速电路设计中，有一个常见的误解是认为等长走线就能自动满足时序要求，但这并不总是正确的。文章首先构建了一个通用的高速器件互连接口简化模型，其中包含主控端（如SDRAM控制器或SPI主控制器）和被动端（接收数据的设备），数据以双向传输，而时钟则是单向发送。图1展示了这个模型的基本结构，包括内部时钟延迟（T0-T3）和外部时钟引脚之间的延迟（Tco）。 时序分析的核心在于理解每个接口的特定时序参数，如数据写入时序图中的建立时间（Tsetup）和保持时间（Thold）。这些参数决定了数据能够正确同步到接收端的时间窗口。图2中的T0、T1、T2和T3分别代表不同的延迟阶段，它们对总时序有直接影响。然而，实际应用中，设计者通常需要根据具体器件的规格和电路特性来计算这些延迟，而不是简单地依赖于等长规则。 文章通过MII、RMII、RGMII和SPI的具体实例，阐述了如何结合公式分析和理论分析进行时序评估，以及公式在不同情况下的局限性。例如，RMII的共享时钟模型需要考虑到时钟分频的影响，而RGMII的等长策略在DDR SDRAM设计中可能不适用，因为其严格的时钟和地址信号对齐要求可能需要更精细的布线策略。 最后，针对SDRAM和DDR SDRAM这类高时序敏感的接口，文章强调了在设计时需要遵循的一般性原则，即除了等长，还要考虑信号完整性、电源噪声和信号衰减等因素，以确保信号在长距离传输后的完整性和可靠性。因此，时序分析并非单纯依靠等长走线，而是需要根据实际情况进行深入理解和细致调整。 总结来说，高速数字电路设计中的互连时序模型和布线长度分析是一项复杂而细致的工作，需要设计师具备扎实的专业知识和灵活的问题解决能力，才能确保系统性能和信号质量。