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類型分類:
科普知識
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開發板

PCB Layout問題引起的CPU工作不穩定

發布日期:2022-10-14 點擊率:79

在高速數字電路中,CPU的功耗往往隨著主頻的提升而增大,如果PCB Layout不當,則可能會引起CPU工作不穩定,本人就曾經遇到過。Marvell 88F6282 CPU運行在2GHz主頻時,進行Memory Test測試,發現CPU常常不工作,而且每次不工作的時間點沒什么規律,但是當CPU降頻到1.6GHz運行時,這種現象不會發生。

PCB Layout問題引起的CPU工作不穩定

進行以下分析

Memory Test是驗證CPU和DDR在大負載情形下能否正常工作的一種方式,當系統運行在1.6GHz的時候,是正常的,說明CPU和DDR物理連線上是OK的,當升級到2GHz后會出現不工作,這種現象有兩種原因:一種是時序上尤其是Set-up Time和Hold Time大于Margin,在1.6GHz時,因為頻率相對來說低點,也就是時鐘周期相對來說長點,所以時序上可能能滿足CPU對訪問DDR的要求,但是升級到2GHz后,由于時鐘周期變短了,很有可能導致時序不能滿足要求,導致CPU訪問DDR時出現讀寫錯誤。為了驗證這種想法,我們測試了2GHz時CPU訪問DDR的時序,結果顯示是時序滿足要求的。另一種可能是CPU供電不足,因為,從Marvell 88F6282的Datasheet上看,CPU工作在2GHz時比工作在1.6GHz時電流消耗增加了700mA。

88F6282-Spec

但是打開我們的PCB,我們發現VCC_CPU是通過第三層的Power層經過過孔來提供電流路徑的,檢查發現有效的電流路徑寬度是40mil左右,根據經驗公式,40mil線寬在表層可以走1A的電流來算,這個線寬是不能滿足CPU供電要求。

Top-Layer-CPU-VCC

Top層VCC_CPU網絡

Internal-Layer-CPU-VCC

Power層VCC_CPU網絡

解決方案

比較簡單的方法是從VCC_CPU電源處走一個飛線到CPU供電引腳處的電容。最終的方法是改Layout,使VCC_CPU電源層線寬最小處為80mil,改版后,這個問題就沒有再出現了。

本文來自合作伙伴投稿,作者Robin, Jiang,郵箱804037583@qq.com。

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