核级FPGA卡件板级建模与仿真技术研究

摘要

针对高速系统设计中可能出现的传输信号质量差及系统实际指标偏低等问题,提出了基于软硬件协同仿真技术的板级建模与仿真方法,分析了核级系统中电源完整性、信号完整性及电磁兼容性问题,并进行建模仿真研究,以指导和完善板级系统设计,从而增强系统稳健性和可靠性。本文研究内容如下:
　　1.在分析了电源完整性对系统可靠工作重要性基础之上,阐述了产生电源完整性问题的本质原因,并对核级系统电源分配网络展开建模与仿真研究,并根据仿真结果优化系统设计。
　　2.分析了反射及串扰等信号完整性问题对核级卡件信号可靠传输的影响,确定系统关键路径,并进行 IBIS建模分析,利用仿真工具SPECCTRAQuest提取关键网络拓扑结构,完成板级仿真验证,并给出了优化板级设计的可行措施和方法。
　　3.以核级卡件为分析对象,利用分析工具 EMControl实现了对网络抗电磁干扰强度分析,并利用分析工具EMIStream对整个板级进行经验规约检查以及电源/地平面谐振分析和电源管脚退耦分析,并给出了定量分析结果及改善板级设计方法。
　　4.实现将HDL综合后的网表转化为门级电路结构,并在PSpice中进行仿真分析,建立HDL与实际硬件电路对应关系,实现对FPGA的软硬件协同仿真验证。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 软硬件协同设计与验证方法

1.3 研究现状

1.4 电源完整性简述

1.5 信号完整性简述

1.6 电磁兼容性简述

1.7 信号完整性、电源完整性及电磁兼容性相互关系

1.8 课题研究主要内容及章节安排

第二章 板级电源完整性建模与仿真分析

2.1板级PI分析重要性

2.2电源及地噪声

2.3 目标阻抗计算

2.4 电源分配网络建模方法

2.5电源分配网络仿真分析

2.6本章小结

第三章 板级信号完整性建模与仿真分析

3.1板级SI分析必要性

3.2板级SI反射研究

3.3板级SI建模技术研究

3.4网络拓扑结构提取

3.5板级SI仿真分析

3.6消除反射及串扰的措施

3.7本章小结

第四章 板级电磁兼容性分析

4.1 板级电磁兼容性分析重要性

4.2 EMControl仿真分析

4.3 EMIStream仿真分析

4.4 抑制EMI的措施

4.5 本章小结

第五章 基于PSPICE模型软硬件综合仿真分析

5.1 PSpice仿真分析内容

5.2 HDL与PSpice综合仿真分析

5.3 PSpice与PI综合分析电源问题

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文