基于二阶多边沿响应法的快速时域分析方法
【技术领域】
[0001] 本方法属于信号完整性领域，更进一步涉及高速电路基于二阶多边沿响应法的快 速时域分析方法。本方法可应用于高速电路中信号完整性的设计分析。
【背景技术】
[0002] 随着半导体工艺向高速度、高密度发展，作为核心竞争力的高速电路与系统设计 技术已成为必备的利器。对无源通道的分析及建模，现在是并且未来仍将是信号完整性工 程师的首要任务，因此，能够快速计算出通道中信号传输的最大失真就显得至关重要了。一 般是，在时域中读取波形数据，从而计算出信号传输的最大失真，以此来完善设计，在此过 程中，最关键的问题就是利用一定的方法快速精确的计算出结果。
[0003] B · K · Casper，Μ · Haycock，R · Mooney 发表的 "An accurate and efficient analysis method for multi-Gb/s chip-to-chip signaling schemes"（IEEE Symposium on VLSI Circuit Gigest of Technical Papers,2002)论文中，提出了一种求解通道中信 号传输的最大失真的方法，单位脉冲响应法。其假设系统是线性的，由此任何数据模板的响 应就是经不同位移后单位脉冲响应的线性求和。单位脉冲响应法的本质其实就是对单位脉 冲响应进行移位叠加，而我们知道叠加法的最重要的基本假设就是系统可以准确地近似为 线性时不变系统，也就是说其缺陷在于，单位脉冲响应法是无法处理非线性系统的。其次， 假设系统产生的脉冲的上升边和下降边不对称，根据线性系统的叠加性，结果是:在连续的 位之间会出现杂散的毛刺。因此，基于单位脉冲响应法的快速时域法求解信号的最大失真 就会出现较大的误差。
[0004] D. Oh ,F.Lambrecht,S.Chang,Q.Lin,J.Ren,J.Zerbe,C.Yuan,C.Madden, V. Stojanovic发表的 "Accurate method for analyzing highspeed 1/0 system performance"（DesignCon2007)论文中，提出了另一种求解通道中信号传输的最大失真的 方法，双边沿响应法。其将构成数据的脉冲分解为上升边和下降边，通过上升边和下降边向 量合理组合，得到通道中信号传输的最大失真。然而，其缺陷在于，在一些情况下是无法得 到通道中信号传输的最大失真的，也就是说，对于最大失真的1，我们发现如果存在某一向 量的两个值连续为负值且后面的值小于前面的值，双边沿响应法就可能失灵。在这里，向量 指的是将通道中的信号波形进行采样及量化后，将其移至原点得到的数据。同样，对于最大 失真的〇,如果存在某一向量的两个值连续为正且后面的值大于前面的值，双边沿响应法也 可能失灵。
[0005] 综上所述，对非线性驱动器进行建模时，单位脉冲响应法和双边沿响应法都有局 限性。当面对上升边和下降边不对称的情况时，虽然对非线性驱动器采用双边沿响应法求 解将比单位脉冲响应法的精度高，但是双边沿响应法也无法捕获器件的非线性特性，因为 在当前位范围外的驱动器的开关活动没有被考虑到。
【发明内容】
[0006] 本方法的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于二阶多边沿响应法的 快速时域分析方法，以求在驱动器为非线性的情况以及上升边与下降边不对称的情况下， 也能计算出通道中信号传输的最大失真。考虑到信号传输时，带有不同前导位的上升边与 下降边也是不同的，由此，将信号分解为上升边与下降边的同时，将上升边与下降边根据不 同的前导位再次划分，最终得到信号传输的眼图，这样可以就直观的得到通道中信号传输 的情况。
[0007] 为实现上述目的，本方法的具体步骤包括：
[0008] (1)读取波形响应
[0009] la)用户构建相应的波形响应:用户构建的波形响应分别为驱动器发送码型为110 时，010时，001时，101时的波形响应分别为? 11〇^〇1()，1?()()1，1?1()1，发送上升边和下降边时的波 形响应分别为R Q1，F1Q，用户所构建每一响应都应为电压与时间的函数，所述波形响应表现 为一行固定时间间隔的电压值，所构建的每一响应时间长度相同；
[0010] lb)读取用户构建的波形响应：
[0011] (2)处理波形响应
[0012] 2a)根据步骤lb)读取的波形响应的数据确定光标起始点：
[0013] 2ai)对RQ1和F1Q进行处理，将F1Q左边添加 UI个0,其中UI为发送一位码元所占的时 间间隔，将Roi右边添加 UI个0，将新得到的RQ1和F1Q对位相加，得到一个脉冲响应；
[0014] 2a2)找到步骤2a〇所得的脉冲响应电压的最大值，在这个最大值左边与右边各取 一值，这两个值所在时间点相距UI的长度，在这些取出的点中，找到电压值最为相近的两 点，左边取出的点的位置是光标左起始点，右边取出的点的位置是光标右起始点，取出的两 点之间的数据为主光标数据；
[0015] 2a3)用步骤2a2)所得的光标左起始点与光标右起始点，截取步骤lb)所得R Q1与F10 的波形响应数据，得到RQ1与F1Q主光标数据；
[0016] 2b)根据步骤lb)读取的数据确定稳定值，对于用户构建的波形响应，数据的稳定 值为对应波形数据的最后一个值，共有六个稳定值，对应步骤lb)所读取的六个响应；
[0017] 2c)使用读取的数据构建待处理边沿响应：
[0018] 2C1)将Rtxn及Fno向左平移一个UI，即在这两行电压值右边分别添加 UI个对应的稳 定值，并将这两行电压值的第一个数据到第UI个数据删除，然后将整行数据减去其对应的 稳定值；
[0019] 2c3)用对位相减的方法分别将FQ1Q减去上述R(m修改后的数据，得到新的下降边响 应，将Rm减去上述Fno修改后的数据得到新的上升边响应，将新的下降边响应赋值给F 010， 将新的上升边响应赋值给Rioi;
[0020] 构建新下降边和新上升边的方法如下：
[0021 ]构建新下降边计算式如下：
[0022] fn(t)=y110(t)
[0023] f01 (t) = y010 (t) -y001 (t+T) +Vhigh
[0024] 其中，fWthfWt)是当前面有两位码元时，时间0处的下降边响应；
[0025]构建上升边计算式如下：
[0026] r00(t)=y001(t)
[0027] r10(t)=y101(t)-y11〇(t+T)+Vi〇w
[0028] 其中，rQQ(t)、r1Q(t)是当前面有两位码元时，时间0处的上升边响应；
[0029] 夂~是对码型b-2b-ibo的响应；
[0030] T表示位时宽；
[0031 ] Vhigh是对数据流1响应而得到的稳态直流电平；
[0032] Vi?是对数据流0响应而得到的稳态直流电平。
[0033] (3)求向量
[0034] 3a)将步骤2c2)所得的Ftno与R1Q1的波形响应数据以及步骤lb)所得的Fnt^RoL， F1〇的波形响应数据，减去相应的稳定值，得到波形响应数据的拖尾部分对主光标的影响值， 所述拖尾部分指的是数据中主光标以后的数据，拖尾部分围绕0值上下波动，其中，正值将 主光标值拉高，负值将主光标值拉低；
[0035] 3b)根据步骤2a)所求得的光标左起始点，截取步骤3a)所得波形响应数据，波形长 度为光标左起始点至末尾，将Fno，FQ1Q，RQQ1，Rm波形响应数据左边删除两个UI的点，并在 波形响应数据后添加 UI个相应的稳定值；
[0036] 3c)将步骤3b)所得到的数据进行补零操作，在步骤3b)所得到的六组数据的末尾 分别添加数个0,使得响应波形数据的个数为UI的整数倍；
[0037] 3d)将步骤3c)所得到的数据每隔UI个点数取一个数据，每组响应得到UI组数据， 将得到的每组数据首尾对换，得到六组待处理向量Fno，Ftno，Rtxn，R1Q1，Rtn，F10;
[0038] 3e)将步骤3d)所得待处理向量重新划分组，每组的第一组数据为一组，每组的第 二组数据为一组，依次进行，将数据划分为UI组，每组中有六组数据即每UI组都包括Fno， Foio，Rqqi，Riqi，Roi，Fio 的部分数据；
[0039] (4)解向量
[0040] 将步骤3e)所得的每UI组向量分别进行以下操作：
[0041] 4a)初始化数据，初始状态有两种特定的状态Sqi = 0和S〇2=l，发送的码元1或者码 元〇对最终的电压影响值为〇,对于状态SQ1和状态SQ2,电压初始值均为0,其中，状态指的是 当前发送的码型；
[0042] 4b)计算第一时刻数据：
[0043] 若初始状态SQ1 = 0的下一时刻没有边沿的变化，则第一时刻的状态为Sn = 00,且 电压值不受影响；
[0044] 若初始状态SQ1 = 0的下一时刻有边沿的变化，则只能出现上升边，第一时刻的状态 为S12 = 01，电压值为初始化电压数据叠加步骤3e)所得数据中的RQ1的第一个值；
[0045] 若初始状态SQ2 = 1的下一时刻没有边沿的变化，则第一时刻的状态为313 = 11，且 电压值不受影响；
[0046] 若初始状态SQ2=1的下一时刻有边沿的变化，则只能出现下降边，第一时刻的状态 SS14= 10，电压值为初始化电压数据叠加步骤3e)所得数据的F1Q的第一个值；
[0047] 4c)计算第二时刻数据：
[0048] 若第一时刻的下一时刻，驱动器发送的码元与第一时刻发送码元相同，则第二时 刻没有边沿跳变，且电压值不受影响；
[0049] 若第一时刻的下一时刻，驱动器发送的码元与第一时刻发送码元不同，则第二时 刻会出现一个上升边或一个下降边，电压值为第一时刻电压数据叠加步骤3e)所得相应波 形响应数据的第一个值，这个相应波形响应取决于第一时刻码型；第二时刻共得到八种状 态：S21 = 000，S22 = 001，S23 = 011，S24=010，S25=111，S26 = 110，S27= 100，S28=101;
[0050] 4d)计算第三时刻数据：
[0051] 若第二时刻的下一时刻，驱动器发送的码元与第二时刻发送码元相同，则该时刻 没有边沿跳变，且电压值不受影响;若第二时刻的下一时刻，驱动器发送的码元与第二时刻 发送码元不同，则会出现一个上升边或一个下降边；由第二时刻每种状态得到两种第三时 刻