基于信号完整性分析的SAS扩展器设计

论文摘要

存储接口串行化已成为高性能I/O技术的发展趋势,SAS(Serial Attached SCSI)是新兴的串行磁盘连接技术。SAS接口芯片、适配器、硬盘驱动器和SAS扩展器构成一个SAS存储系统,其中,SAS扩展器是这个系统中的核心设备,实现多发起端至多目标端的数据交换,数据传输速率高达3Gbps。高传输速率提高了存储系统的性能,同时也带来信号串扰的隐患,导致数据传输出错的可能性增加。另外,集成电路开关速度的提高以及PCB (Printed Circuit Board)板密度的增加,也使得元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、传输线在PCB板上的拓扑结构等因素引起信号完整性问题,导致系统工作不稳定,影响系统的互通性。必须在高速PCB设计过程中充分考虑这些因素,并采取相应的控制措施,保证信号的完整。对高速电路设计和高速PCB设计技术进行了研究和分析,目标设备是能在SAS存储系统中稳定工作的高质量SAS扩展器。反射、串扰、同步开关噪声等主要信号完整性问题在文中进行了深入剖析,针对实际项目提出了潜在的问题;对传输线阻抗计算方法进行了探讨,提出了阻抗匹配的策略;研究了信号层间串扰的解决办法,设计最佳板层堆栈,并对差分信号线实行等长匹配;在对高速数据连接器、过孔、传输线的模型建立的基础上,借助EDA软件对关键网络进行仿真,反复比较得出最优端接策略,形成最佳布局布线指南。对设计的处理过程中,不拘泥于单一的模型和芯片商提供的设计标准,采取了多种模型相结合的灵活方式。基于信号完整性分析的SAS扩展器设计,将信号完整性问题解决在制板之前,不仅缩短了研发周期,降低了研发成本,也进一步验证了信号完整性分析在高速PCB设计过程中的重要性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文研究内容
• 2 SAS 扩展器系统设计
• 2.1 硬件设计
• 2.2 系统设计与信号完整性分析
• 2.3 小结
• 3 SAS 扩展器原理图设计及信号完整性分析
• 3.1 反射处理
• 3.2 串扰问题
• 3.3 地弹效应处理
• 3.4 电源退耦
• 3.5 小结
• 4 SAS 扩展器PCB 设计及信号完整性分析
• 4.1 高速电路板设计
• 4.2 板级信号完整性建模
• 4.3 小结
• 5 仿真与测试
• 5.1 系统仿真
• 5.2 测试方法与结果分析
• 5.3 小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献