基于ADSP-TS101高速信號(hào)處理系統(tǒng)采用了集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件部分引入信號(hào)完整性分析的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，要解決系統(tǒng)中主處理器在較高工作頻率300 MHz下穩(wěn)定工作的問題，以及在兩個(gè)主芯片之間和主芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片之間數(shù)據(jù)高速互聯(lián)的問題，提高系統(tǒng)的性能，滿足設(shè)計(jì)要求。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 數(shù)模混合部分的設(shè)計(jì)
A／D是數(shù)字和模擬混合部分，是設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的部分之一。數(shù)字部分的頻率高，模擬部分對于擾很敏感，處理不好，數(shù)字信號(hào)很容易干擾模擬信號(hào)，出現(xiàn)電磁干擾問題。降低數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的相互干擾，要掌握電磁兼容的兩個(gè)原則：盡可能減小電流環(huán)路的面積；系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面。
系統(tǒng)僅有一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器，采用混合信號(hào)PCB的分區(qū)設(shè)計(jì)，即使用同一地，如圖1所示。將PCB分區(qū)為模擬部分和數(shù)字部分，在A／D器件的下面把模擬地和數(shù)字地部分連接在一起。保證兩個(gè)地之間的連接橋?qū)挾扰cIC等寬，所有信號(hào)線一般都不能跨越分割間隙，跨越分割間隙的信號(hào)線要位于緊鄰大面積地的布線層上。電路板的所有層中數(shù)字信號(hào)只能在電路板的數(shù)字部分布線，模擬信號(hào)只能在電路板的模擬部分布線，模擬和數(shù)字電源分開。
1．2 高密度(HD)電路的設(shè)計(jì)
TS101硬件電路的設(shè)計(jì)屬于高密度電路，是整個(gè)印制板設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。TS101采用BGA封裝，焊球25×25陣列，焊球之間間距為1 mm，沒有空白區(qū)。焊盤直徑的下限是O．45 mm(18 mil)，這里采用0．51 mm(20 mil)。1每個(gè)焊盤都是表貼(無通孔)無阻焊。對最外圈的兩排焊球，信號(hào)線直接從表面層直接引出，內(nèi)圈焊球向外的引線采用打過孔的方式，從焊盤向?qū)且€，在4個(gè)相鄰焊盤的對角線中間打一個(gè)外徑O．5 mm(20 mil)，內(nèi)孔徑O．25 mm(10 mil)的帶阻焊通孔，然后將信號(hào)線從電路板的其他層引出去。這些引線的線寬和線距的下限都是0．15 mm(6 mil)。
TS101一般工作在250 MHz或300 MHz，為保持電源和地層的連續(xù)性和較好的去耦效果，設(shè)計(jì)中采用AD公司推薦的連接方式，用6個(gè)0.1μF和2個(gè)0.01μF的貼片電容焊在與TS101芯片中央位置相對的電路板的另一面，其連接方法如圖2所示。圖中方塊部分為去耦電容。
1．3 系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)計(jì)
TS10l內(nèi)核時(shí)鐘最高可以是輸入時(shí)鐘的6倍。內(nèi)核時(shí)鐘最高只能工作在250／300 MHz，系統(tǒng)時(shí)鐘SCLK輸入范圍為40～100 MHz。為確保時(shí)鐘的穩(wěn)定性，增加專門的濾波電路，如圖3所示。其中，R1△2 kΩ，R2△1．67 kΩ，C1△1μF(SMD)，C2△1 000 pF(HF SMD)，并應(yīng)貼近DSP引腳放置。該電路同時(shí)為參考電壓輸出、系統(tǒng)時(shí)鐘和局部參考時(shí)鐘提供了參考電壓，電壓值為1.5 V±100 mV。
PCB設(shè)計(jì)時(shí)為保證時(shí)鐘的穩(wěn)定性采取了以下措施：
(1)用一個(gè)晶振作為多處理器系統(tǒng)的同頻同相時(shí)鐘。
(2)同一電路板上各個(gè)DSP的時(shí)鐘用同一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的各個(gè)門分別并行驅(qū)動(dòng)。
(3)在印制板布局時(shí)將時(shí)鐘部分放于印制板中央位置，使時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)線到各DSP的距離大體相等。四是在印制板布線時(shí)，時(shí)鐘線盡可能地靠近地線層。
1．4 布局
PCB尺寸過大時(shí)，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局。結(jié)合EMC設(shè)計(jì)一般布局規(guī)則，最終布局效果如圖4所示。
1．5 布線
根據(jù)PCB布線的原則完成布線設(shè)計(jì)后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則(DRC檢查)，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求：
(1)線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。
(2)電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合，在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。
(3)對于關(guān)鍵的信號(hào)線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開。
(4)模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線。
(5)后加在PCB中的圖形(如圖標(biāo)、注標(biāo))是否會(huì)造成信號(hào)短路。
(6)對一些不理想的線形進(jìn)行修改。
(7)在PCB上是否加有工藝線，阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。
(8)多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。