HyperTransport正成為芯片間通信最流行的鏈路之一。它提供了靈活的互連結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是為降低系統(tǒng)內(nèi)部的總線數(shù)量而設(shè)計(jì)的，它可以擴(kuò)充速度，滿足許多應(yīng)用需求。從嵌入式系統(tǒng)到個(gè)人電腦和服務(wù)器，到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和超級(jí)計(jì)算機(jī)，各種應(yīng)用中都已經(jīng)采用這種技術(shù)[1]。隨著HyperTransport不斷出現(xiàn)在越來越多的平臺(tái)中，系統(tǒng)工程師要求完善的調(diào)試工具，協(xié)助進(jìn)行檢驗(yàn)。在大多數(shù)情況下，許多工程師選擇邏輯分析儀" title="邏輯分析儀">邏輯分析儀，作為首選的調(diào)試工具。邏輯分析儀可以采集深記錄，并提供了高級(jí)觸發(fā)功能，確定總線上的特定事件。在試圖調(diào)試HyperTransport鏈路時(shí)，工程師面臨的最大的挑戰(zhàn)之一是在邏輯分析儀和目標(biāo)系統(tǒng)之間進(jìn)行物理連接。HyperTransport通路目前能夠以高達(dá)2.4Gb/s的速率運(yùn)行。在這些速度時(shí)，邏輯分析儀探測(cè)連接可能是進(jìn)行成功測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。探頭的電負(fù)荷等因素可能會(huì)中斷系統(tǒng)，單純由于探頭而導(dǎo)致HyperTransport協(xié)議中發(fā)生錯(cuò)誤。此外，探測(cè)互連的短線長(zhǎng)度會(huì)由于探頭尖端上的信號(hào)失真，而限制邏輯分析儀能夠成功地采集HyperTransport 數(shù)據(jù)的速度。這些因素使人們把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向高級(jí)探測(cè)技術(shù)。

在歷史上，邏輯分析儀和目標(biāo)信號(hào)之間的連接通過標(biāo)準(zhǔn)連接器實(shí)現(xiàn)。這個(gè)連接器作為到目標(biāo)信號(hào)的電氣和機(jī)械連接。由于目標(biāo)信號(hào)和裝在探頭中的探頭尖端電路之間短線的電長(zhǎng)度相對(duì)較大，連接器本身的物理尺寸會(huì)限制其性能?；谶B接器的探測(cè)系統(tǒng)能夠成功地采集高達(dá)400Mb/s的數(shù)據(jù)，支持1.5pF的同等電容負(fù)荷。隨著HyperTransport數(shù)據(jù)速率" title="數(shù)據(jù)速率">數(shù)據(jù)速率演進(jìn)到幾千兆位，基于連接器的探測(cè)系統(tǒng)是不夠的。為解決這個(gè)問題，人們采用了無連接器" title="無連接器">無連接器探測(cè)技術(shù)。無連接器探測(cè)技術(shù)采用壓縮彈簧針腳互連，消除了連接器。彈簧針腳互連直接連接到目標(biāo)信號(hào)上的表面封裝襯墊" title="襯墊">襯墊。通過縮小互連結(jié)構(gòu)的物理尺寸，這會(huì)降低目標(biāo)信號(hào)和探頭尖端電路之間的短線長(zhǎng)度。這種新式探測(cè)互連允許邏輯分析儀成功地采集高達(dá)2.4Gb/s的HyperTransport 數(shù)據(jù)，在目標(biāo)信號(hào)上支持最低450fF的同等電容負(fù)荷。

圖1.? FuturePlus Systems已經(jīng)采用安捷倫科技 的軟接觸" title="軟接觸">軟接觸探測(cè)技術(shù)
實(shí)現(xiàn)2.4Gb/s 的HyperTransport 分析功能。

基于連接器的探測(cè)

基于連接器的探測(cè)對(duì)絕大部分HyperTransport 調(diào)試應(yīng)用一直是足夠的。但是，隨著HyperTransport的數(shù)據(jù)速率超過2G/bs，連接器本身的電寄生信號(hào)將限制目標(biāo)和分析儀可以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)速率?；谶B接器的探測(cè)的主要局限性是目標(biāo)信號(hào)和探頭尖端電路之間的電長(zhǎng)度。這個(gè)電長(zhǎng)度主要由連接器結(jié)構(gòu)本身構(gòu)成。這一長(zhǎng)度代表著不想要的短電線。由于連接器同時(shí)作為目標(biāo)信號(hào)的電氣連接和機(jī)械連接，因此它必須采用相對(duì)較大的結(jié)構(gòu)，以提供機(jī)械強(qiáng)健性。這條短電線給目標(biāo)信號(hào)帶來了負(fù)荷。此外，目標(biāo)信號(hào)為到達(dá)探頭尖端電路必須經(jīng)過的短線將使分析儀看到的信號(hào)失真。這直接影響分析儀的測(cè)量功能，因?yàn)樗挥^測(cè)實(shí)際目標(biāo)信號(hào)代表的信號(hào)。連接器短線本身將決定目標(biāo)信號(hào)上的負(fù)荷及分析儀可以實(shí)現(xiàn)的最大數(shù)據(jù)速率。采用基于連接器的互連的當(dāng)前HyperTransport 分析探頭可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)400Mb/s的速率。

圖2. FuturePlus Systems提供的FS2241基于連接器的HyperTransport 探頭實(shí)現(xiàn)了高達(dá)400Mb/s的數(shù)據(jù)速率。主要限制來自基于連接器的互連的物理尺寸。

無連接器探測(cè)

HyperTransport 探測(cè)技術(shù)的最新發(fā)展是安捷倫科技公司的軟接觸無連接器探測(cè)技術(shù)應(yīng)用。在無連接器探測(cè)中，HyperTransport 通路路由通過目標(biāo)信號(hào)上的小型表面封裝襯墊 (SMT)。機(jī)械保留模塊使用四個(gè)穿孔針腳手動(dòng)焊接到目標(biāo)PCB上。保留模塊對(duì)準(zhǔn)、并把軟接觸彈簧針腳壓縮到SMT襯墊上，形成電氣連接。由于電氣連接(彈簧針腳)和機(jī)械連接(保留模塊)被解耦，因此可以使用小得多的電氣互連。通過這一操作，探頭電路的尖端電阻器可以在物理上更接近被探測(cè)的目標(biāo)。這降低了目標(biāo)信號(hào)和尖端電阻器之間短電線的長(zhǎng)度，從而降低了目標(biāo)信號(hào)上的寄生負(fù)荷，改善了探頭觀測(cè)的信號(hào)質(zhì)量。這兩個(gè)因素都提高了HyperTransport 分析探頭的性能。

圖3.? FuturePlus Systems提供的FS2243 無連接器HyperTransport 探頭采用安捷倫的軟接觸探測(cè)技術(shù)。軟接觸無連接器技術(shù)允許分析探頭采集高達(dá)2.4 Gb/s的數(shù)據(jù)。

在基于連接器的探頭和無連接器探頭中，尖端電阻器的值相同(226歐姆)。這兩種探頭之間唯一的差異是由于互連出現(xiàn)的短電線。這一互連擁有寄生電容和電感，會(huì)給目標(biāo)信號(hào)帶來負(fù)荷，降低分析探頭的性能。下圖是FS2441基于連接器的HyperTransport 探頭與采用軟接觸探測(cè)技術(shù)的FS2443的輸入阻抗比較圖。從這個(gè)模型中，可以確定每個(gè)探頭的同等寄生電容。在連接到HyperTransport 信號(hào)上時(shí)，基于連接器的探頭的操作類似于接地的1.5pF電容器。無連接器探頭類似于接地的450fF電容器。通過朝向軟接觸探測(cè)互連移動(dòng)，目標(biāo)信號(hào)上的電容負(fù)荷下降了300%以上。本圖還說明了互連中寄生電感的效應(yīng)。寄生電感和電容將形成諧振，阻止目標(biāo)信號(hào)進(jìn)入探頭。在這一頻率上，分析探頭停止觀察信號(hào)，其輸入阻抗開始提高。在基于連接器的探頭中，這發(fā)生在3.5GHz上。這對(duì)2.3Gb/s以上的數(shù)據(jù)速率是一個(gè)問題，因?yàn)樘筋^沒有觀察目標(biāo)信號(hào)的第三個(gè)諧波。這會(huì)導(dǎo)致分析探頭的性能下降。在無連接器探頭中，諧振頻率高于6GHz，對(duì)2.4Gb/s速率運(yùn)行的HyperTransport鏈路沒有任何影響。

圖4.? 通過把尖端電阻器移動(dòng)到距目標(biāo)信號(hào)更近的地方，無連接器探測(cè)降低了負(fù)荷。兩種探頭樣式的輸入阻抗圖說明在HyperTransport 調(diào)試中采用軟接觸無連接器探測(cè)的優(yōu)勢(shì)。

軟接觸彈簧針腳技術(shù)還有一系列機(jī)械優(yōu)勢(shì)。微型彈簧針腳擁有四點(diǎn)冠狀尖端專利技術(shù)，它會(huì)刺穿目標(biāo)襯墊上氧化物和雜質(zhì)。這允許彈簧針腳在所有標(biāo)準(zhǔn)PCB表面工作，如有機(jī)涂層和HASL。為保證機(jī)械連接，不要求昂貴的工藝，如鍍金。此外，不需要清潔流程清除雜質(zhì)。這較其它壓縮互連是一個(gè)明顯改進(jìn)，如橡膠體或C形彈簧，這些壓縮互連要求專用表面和清潔流程來準(zhǔn)備目標(biāo)襯墊。

此外，每個(gè)軟接觸互連都是一個(gè)單獨(dú)的彈簧針腳。這可以提高互連的一致性。彈簧針腳能夠適應(yīng)從彈簧針腳到彈簧針腳高達(dá)0.030”的一致性，保證在非平面表面上實(shí)現(xiàn)強(qiáng)健的電連接。非平面表面一般源自層數(shù)很低的PCB。普通商用主板一般使用4層PCB降低成本。由于HyperTransport是為計(jì)算系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的，分析探頭必須能夠在非平面環(huán)境中工作，而不需專門考慮。軟接觸技術(shù)在所有應(yīng)用中采用相同的體積和保留模塊。為保證目標(biāo)上的平面性，其不需要專門考慮。其它壓縮互連如橡膠體或C形彈簧要求額外的硬化板放在探測(cè)空間的背面，以保證平面性。由于這些樣式的壓縮互連的一致性要低得多(>0.006”)，用戶要承擔(dān)提供平面表面的負(fù)擔(dān)。

圖5.? 軟接觸彈簧針腳技術(shù)較基于連接器的探頭提供了杰出的機(jī)械強(qiáng)健性。連接器一般保證插入連接50-100次，而軟接觸互連則至少可以達(dá)到500次。

小結(jié)

隨著HyperTransport在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的采用量持續(xù)提高，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將轉(zhuǎn)向采用邏輯分析儀作為主要調(diào)試工具。為利用邏輯分析儀的全部測(cè)量功能，必須認(rèn)真選擇與HyperTransport鏈路的物理連接。直到最近，基于連接器的HyperTransport 探頭一直成功地滿足了工程師的需求。但是，隨著HyperTransport進(jìn)入幾千兆位時(shí)代，需要采用新的探測(cè)技術(shù)。通過使用軟接觸探測(cè)技術(shù)，FuturePlus System成功地創(chuàng)建了能夠以2.4Gb/s速率捕獲HyperTransport的分析探頭。探測(cè)技術(shù)的這一發(fā)展使得工程師能夠成功迅速地調(diào)試HyperTransport鏈路，并對(duì)探測(cè)連接樹立信心。

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參考資料

1)??????? HyperTransport Consortium, www.hypertransport.org

2)??????? FuturePlus Systems, www.futureplus.com

作者簡(jiǎn)歷

Brock J. LaMeres在1998年從蒙大納州立大學(xué)獲得電子工程學(xué)士學(xué)位，在2001年從科羅拉多大學(xué)獲得電子工程碩士學(xué)位。他目前正在科羅拉多大學(xué)攻讀物理學(xué)博士學(xué)位，其研究方向是下一代IC使用的高速IO。LaMeres現(xiàn)任安捷倫科技Colorado Springs硬件設(shè)計(jì)工程師，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)邏輯分析儀探頭和高速傳輸系統(tǒng)。