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本帖最后由 zhjim 于 2015-11-26 00:49 编辑
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( K3 l0 a" p' O0 L: O 作为一个雷板师,这是本年度能享受的倒数第二次培训了。说来也巧,早上去机场送人,然后不到12点就来到科技园了。也许这是今年到场最早的一次了!另外泄露个秘密。机场麦当劳的WIFI太给力了,下载速度能达到1M以上,看优酷超清妥妥的! 进入正题,今天搞X86。 据阿杜透露,深圳地区是论坛的主战场。明年依然会投入一些课程学习。不管你信不信,反正我是录音了。 X86主板不同于其他类型的板子。电脑主板虽也有X86的,但很多方面都有规范要求,按照类似的模板做就差不多了。其他的工控定制类的X86主板则灵活很多。很多时候要综合考虑接口分布、重要器件布局、重要信号线的走线规划、最小化层数等成本问题、装配问题、信号质量问题等。正如“运筹帷幄 着眼全局”所说。 . {, V/ _5 \4 k0 N3 G
下面是整个下午的部分收获,请辩证吸收。 (1)X86主板相关知识介绍。 ' {' N9 _3 F6 k2 d
CISC是指复杂指令集,也有简单指令集,叫RISC。 早期的X86系统中有北桥和南桥。那时CPU需要依赖北桥。北桥起一个中转作用。因为几乎大部分信号都需要输入给北桥,然后北桥再输出给CPU处理。这样就导致北桥的带宽供不应求,压力非常大。现在主流的X86主板已整合为了CPU和PCH。 ( i! q. b, W( p9 T8 D% L
CPU内部的FIVR电压调整器也是经历了分离-集成-分离的过程。即先前的一些CPU的电源比较多,处理起来比较复杂。后来的一些CPU就集成了电压调整器,电压转换在内部就可以完成,CPU对外只有两个电源网络,即核心电源和DDR电源。这样电源处理比较简单。本次的案例板子的CPU的内核代号为HASWELL,就集成了电压调整器。 现在新出现的SKYLAKE处理器的CPU又把电压调整器剥离了,因此CPU的电源又会多起来。这样的话,电源处理就稍显复杂了。不过好处是主板在CPU电源方面能多做点文章,便于超频等需求。超频超多少,主板说了算。 主板的很多方面都是有国标的。板型有几种,分别对应的大小是多少都有规定。每一个螺钉孔的位置定位都有严格要求。某些器件的定位也有严格要求,比如PCI插槽、PCIE插槽、AGP插槽等。 " z4 e: A, D& T, b R
补充小知识: PCIE 16X表示PCIE插槽有16对接收和16对发送的差分信号。FDI(Flexible Display Interface)用于北桥传输显示数据。DMI(Direct Media Interface) X4 Gen 2表示2.0协议,传输速率是2 GB/s。 (2)差分线注意事项: 1.差分线尽量少换层,尽量在50mil范围内放置两个回流地过孔。 2.差分过孔的中心间距保持在25-50mil之间。差分打孔换层处的过孔反焊盘可以进行优化,整体在所有层挖空,以提高信号质量。
5 F$ v1 [0 N. W/ L 3.差分等长时尽量在出线不等长的位置绕线,尽量在500mil范围内补偿回来。 " P) D: G. @: [) P& |
4.差分走线与较远的参考平面的距离大于最近的参考平面的距离的4倍时,较远参考平面的跨分割问题可以忽略。但5G以上的高速信号仍然要考虑。 5.差分绕线时,角度要求大于等于135度,线距大于等于4倍线宽,拐角大于等于1.5倍线宽。
, Q, O+ N& g/ m- N (3)Intel的Design Guide里面经常会提到玻纤效应。原因就是信号走线下方的基材的玻纤布有分布不均的情况,从而导致阻抗有稍微差异。阻抗不同,最后导致两条信号线的延时就不同。最终会影响到高速信号质量。接收端的信号就会延迟。
0 t& o9 U; Q# m# B! | 解决方法有3个: 1.走线时使用10度走线。 2.在制作PCB时把板材旋转10度,板材浪费多。特别适合人傻钱多的主儿。 3.选用介电常数均匀的板材。要想均匀,玻纤布就得密一些,那么PP就要厚一些。 只有第一种是最廉价的、成本最低的。做老板的就喜欢这种方法。不过有时也不一定是10度。有时也会采用7度等非常规角度走线。Intel在前几年就提出了这种角度。 接下来又到了激动人心的拿奖品环节了。本次重量级游戏:算数。第一个算的数是11X11。得数是121。后面的都是些22X11什么的。规律就是某个数乘以11。当然结果也可以总结出一些规律。这里省略100个字。当时本人多看了几下手机,搞得没听到规则。白白错了一个手机支架。注意,奖品是手机支架。心得:下次游戏规则要注意听! 游戏完了之后是否觉得不瞌睡了?是否更精神抖擞了?所以说,阿杜叫你玩游戏是有原因的说。 (4)接着就来实战了。回到案例板子上来。从原理框图可以看出主要有CPU、PCH、DIMM、BMC、PCIE以及一些常用的接口。 从电源树来看,整板电源的种类还是比较多的,稍显复杂。
! B) a) b3 b5 A2 p! E! @ 再者就是关注信号的速率了。越是高速的信号应该越优先保证。当然线长也是很重要的一个方面。QPI(QuickPath Interconnect) 叫快速互联通道,是一种I/O总线。QPI主要用于处理器之间和系统组件之间的互联通信(诸如I/O),其速率也很高。
7 C& z" J) R7 k# L! u; b" } 根据信号流向、线长要求、信号速率、装配等几方面就可以大致确定主要器件布局位置。 然后就要考虑叠层了。前面布局大致确定以后,分析DIMM的走线和其他重要的信号线以后发现板子需要6个走线层。那么最终的层叠就确定了。板子使用10层板,6个走线层,4个平面层。 层叠做完就轮到阻抗设计了。单线阻抗和差分阻抗都要规划清楚。案例板子用4条DIMM组成双通道。每个通道有两条。在走线时,DIMM中的DQ、DQS的所有数据信号都走T型拓扑。在处理DIMM条地址线T型等长时,主干线控制42欧阻抗,分支线控制50欧阻抗。分支等长误差控制在10mil以内。 8 f, o) u, ]& T* U
其实Intel的Design Guide里面对DDR信号的延迟要求还有很多很多,在cadence中设规则的话相当繁琐。因此,Intel一般都会提供一个EXCEL表格的文件。这文件里面已经设置好了所有的长度误差要求,非常详细。真是检查DDR线等长的法宝!那方便!那快捷!谁用了都说好!使用时只需导入线长Ecl文件,按它的步骤来操作就OK。基本上小学毕业的人都能学会用。
1 l; W9 G: R* L 不过再透露一个秘密。这个表格最好用office打开,不要用什么WPS等其他的办公软件打开,否则你会死得很惨!遥想当年,我就用了WPS打开了这个文件,最后等长结果一直出不来。害我搞了一晚上。还好当时没拍拖,时间多,不然就完蛋了。 阿杜建议,在高速信号顶层走线打过孔时,可以直接换层换到底层。这样的过孔就没有stub,也就没有stub天线影响。不过每个人认识不同,请辩证学习。 时间差不多了。又该送奖品了。第二轮游戏火爆登场。想想自己每次都拿奖品,这次就留给其他人吧。不料,参加游戏的第二队人手不够了。当然我就应阿杜的邀请去第二队凑数打酱油了。这次比较有难度。看图猜词语。要求每一队的人不能说话,只能用肢体语言,一个一个从前往后把“语言”传给最后一个人。那么最后一个人就要说出要猜的词语是什么。猜对有奖。 我们那队的最后一位大神,不知有何神功,每次都能猜对词语。两局两胜,强势淘汰了对手!奖品是精致U盘一个。我都快成卖U盘的了。呵呵呵......给大家分享下第一队猜的词语:1.眉目传情,2.肉包子打狗。心得:每次先出手指,表明猜的是几个字,然后表演形象一点。
4 Y% m5 J ^& u5 K 奖品送完了,那么就得继续说板子了。PCIE 3.0的数据传输率有8GT/s,走线应该留意高速信号的要求。DMI高速信号差分对要测试时,最好不加ICT测试点,可加测试座。ICT测试用来测试焊接性。即是否有开路和短路存在。DMI、PCIE、USB 2.0、USB 3.0、SATA、eSATA、VGA、SPI等各种高速信号线的要求还得以Intel的Design Guide为准。
- i: y: W4 M6 P- D$ Z0 v- k& E/ z* o 在处理CPU电源时。电感两端采样时先经过两个短路片再引出线,然后走成类差分,直到电源管理IC。还有就是三个重要网络:LGATE、UGATE、PHASE。其中的注意事项详见以前的培训心得。CPU电源供电电流多达几十A,有时甚至100A,因此,画电源铜皮要尽量大,再大。CPU的电源采样也要走成类差分。如果CPU的电源采样连接了热敏电阻,那么就要优先把热敏电阻放到需要测温的地方,再连出线。CPU中间布放本地电源的电容以及一些测温的器件。 在布线时,电源连接器所在区域的所有层都不能走差分信号。 ) m( b8 U4 s9 s
高速信号的GND回流孔要放在信号孔的周围50mil范围。放远了,作用就不大了。 在Intel的Design Guide里面有对某些信号的整条链路的过孔数的限制。有些重要信号的走线链路中一般过孔数要求不超过2个。 在处理信号回流时也应该注意适当的隔离。否则,信号的回流也会串扰。主要是不同电路的接地处理,接地孔有些不能共用。 5G以上信号在处理等长时需要分层等长。即整条链路的走线在每一层都等长。 & Y2 i5 ^/ ~! J+ i! X
最后总结:Intel的每一种芯片的要求可能不完全一样。在处理时还是要以对应的Design Guide为准! 因为X86主板要讲的内容太多,所以最后结束时不正常地推迟了结束时间。 感谢阿杜和所有的工作人员的无私奉献劳动! 还是那句话,待我等飞黄腾达了,再报答组织! |