使用xSignals定義高速信號路徑

在高速設計中，基於時序的考慮通常要對信號做線長匹配。對於只有2個管腳的信號路徑，計算和匹配線長這一過程非常直接、清晰。但對於大部分高速設計來講，情況會更為複雜，這些情況包含但不僅限於：

信號路徑中需要使用端接電阻(termination resistor)，這時需要調製的線長是包括端接電阻在內的不同網路。

Data匯流排常用的的T點拓撲結構。如下圖，實際需要調等長的是同一網路的不同分支：2-3 = 2-4 = 2-5 = 2-6。

DDR3/DDR4中地址匯流排、控制匯流排用到的菊花鏈(Fly-By)拓撲結構，需要對同一網路的不同branch進行線長匹配：

在引入xSignal之前，AD的線長規則(Net Length)及匹配線長規則(Matched Net Length)只能針對同一網路，無法對同一網路中某一段路徑進行調製，也無法對端接電阻進行處理。雖然一直存在「From-To」對象，但一直存在Bug，「From-To」對象針對規則無效.....工程師無奈只能使用Excel計算出每段的長度，然後慢慢調整，效率很低。

AD15之後，xSignal的出現不僅可以解決Branch線長調製的問題，也可以解決含端接電阻的信號路徑調製問題。簡單來說，xSignal可以定義兩個節點之間的信號路徑，無論這兩個節點是同一網路還是不同網路。

創建一個新的xSignal

創建xSignal主要有以下幾種方式：

使用嚮導(Run xSignal Wizard)

選中源器件，並點擊"Create xSignals between components"來定義兩個器件間的xSignal

選中源器件，並點擊"Create xSignals from connected nets"，通過源器件及與源器件連接的網路來定義xSignal

直接點擊"Create xSignals"使用對話框手動創建Xsignal。

嚮導的使用有點複雜，今後有空再講，這裡主要講一下其它兩種方式。

使用"Create xSignals between components"對話框

點擊菜單Design ? xSignals ? Create xSignals，對話框中左側為源器件，右側為目標器件；目標器件可以多選。

過以下步驟創建xSignal:

選擇源器件(source component)

選擇目標器件(destination component)

選擇感興趣的網路

點擊"Analyze"，AD會自動分析兩器件之間感興趣網路的所有路徑。請仔細檢查Source和Destination中的結果是否正確（尤其是存在端接電阻的情況）

在Include created xSignals into class欄中輸入創建的xSignal Class的名稱，默認會歸類到All xSignals類中。

點擊OK完成創建。完成後可以在PCB面板中看到所有已創建的xSignal。

使用"CreatexSignals from connected nets"對話框

如果您的xSignal包含端接電阻，使用這個方式創建xSignal更為直接。選中端接電阻後點擊「CreatexSignals from connected nets」：

上圖為選中4個pin角的排阻RN33，右側Source Component Nets中為排阻連接的所有網路。點擊"Analyze"後，系統為自動分析出可能的xSignal。注意，請仔細檢查Source和Destinatiion中的網路是否正確，如果不正確，可以進行手動調整。確認後完成xSignal的創建。

網路拓撲(Net Topology)的作用

xSignal定義的是兩個節點(或焊盤)之間的信號路徑。AD是根據兩個節點間的連接線(connection line)來分析信號路徑的，而連接線的定義方式是通過Routing Topology規則來決定的，默認Routing Topology的規則為shortest，即最短。

下圖為Fly-by拓撲結構下CPU連接到4個Memory的動畫，可以清楚地看到4個xSignal的定義情況：

GIF

T點拓撲結構(Balance T)中支點的定義

T點拓撲結構不僅需要對主幹做等長，還需要對支幹做等長。

上圖中的紅色點即為支點(Branch point)，需要保證每個支點到DRAM1,2,3,4都是等長的。

問題來了，AD中的xSignal必須使用實體的器件Pin腳創建，不支持獨立的焊盤或過孔(Free Pad/Via)。在Mentor和Cadence中，可以將某個Pad或Via定義為「虛擬T點」，從而進行分支的線長調製，但在AD中，目前還無法支持這一方式。一個變通的方法是為獨立的Pad/Via製作一個單獨的器件(原理圖符號+封裝)，然後將這一器件放在T點處。雖然有些麻煩，但畢竟解決了AD之前無法對分支網路進行線長規則定義且無法進行線長調製的尷尬。

Length & Matched Net Length規則

xSignal創建完成後，接下去的使用方法和網路(Net)完全一樣了。記住，xSignal Class對應的是Net Class; xSignal對應的是Net。區別在與xSignal定義的pin到pin之間的路徑，而Net是所有屬性相同的網路。

下圖是PCB面板中查看xSignal的示意圖以及定義Matched Net Length規則的一個截圖：

具體規則的創建在以後的章節中詳細介紹。

總結一下，xSignal是一個非常重要的功能，基本解決了Altium Designer之前無法在高速設計中準確調製信號線長的問題。結合如何準確測量信號長度一文中提到的對線長計算精度的提高，大大減少了工程師在高速設計中Layout的時間，且提高了設計的準確性。

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