基于ADSP-TS101高速信號處理系統(tǒng)采用了集成系統(tǒng)設計，硬件部分引入信號完整性分析的設計方法進行高速數(shù)字電路的設計，要解決系統(tǒng)中主處理器在較高工作頻率300 MHz下穩(wěn)定工作的問題，以及在兩個主芯片之間和主芯片與數(shù)據(jù)存儲芯片之間數(shù)據(jù)高速互聯(lián)的問題，提高系統(tǒng)的性能，滿足設計要求。
1 系統(tǒng)硬件設計
1．1 數(shù)模混合部分的設計
A／D是數(shù)字和模擬混合部分，是設計重點考慮的部分之一。數(shù)字部分的頻率高，模擬部分對于擾很敏感，處理不好，數(shù)字信號很容易干擾模擬信號，出現(xiàn)電磁干擾問題。降低數(shù)字信號和模擬信號間的相互干擾，要掌握電磁兼容的兩個原則：盡可能減小電流環(huán)路的面積；系統(tǒng)只采用一個參考面。
系統(tǒng)僅有一個A／D轉換器，采用混合信號PCB的分區(qū)設計，即使用同一地，如圖1所示。將PCB分區(qū)為模擬部分和數(shù)字部分，在A／D器件的下面把模擬地和數(shù)字地部分連接在一起。保證兩個地之間的連接橋寬度與IC等寬，所有信號線一般都不能跨越分割間隙，跨越分割間隙的信號線要位于緊鄰大面積地的布線層上。電路板的所有層中數(shù)字信號只能在電路板的數(shù)字部分布線，模擬信號只能在電路板的模擬部分布線，模擬和數(shù)字電源分開。
1．2 高密度(HD)電路的設計
TS101硬件電路的設計屬于高密度電路，是整個印制板設計的難點之一。TS101采用BGA封裝，焊球25×25陣列，焊球之間間距為1 mm，沒有空白區(qū)。焊盤直徑的下限是O．45 mm(18 mil)，這里采用0．51 mm(20 mil)。1每個焊盤都是表貼(無通孔)無阻焊。對最外圈的兩排焊球，信號線直接從表面層直接引出，內圈焊球向外的引線采用打過孔的方式，從焊盤向對角引線，在4個相鄰焊盤的對角線中間打一個外徑O．5 mm(20 mil)，內孔徑O．25 mm(10 mil)的帶阻焊通孔，然后將信號線從電路板的其他層引出去。這些引線的線寬和線距的下限都是0．15 mm(6 mil)。
TS101一般工作在250 MHz或300 MHz，為保持電源和地層的連續(xù)性和較好的去耦效果，設計中采用AD公司推薦的連接方式，用6個0.1μF和2個0.01μF的貼片電容焊在與TS101芯片中央位置相對的電路板的另一面，其連接方法如圖2所示。圖中方塊部分為去耦電容。
1．3 系統(tǒng)時鐘設計
TS10l內核時鐘最高可以是輸入時鐘的6倍。內核時鐘最高只能工作在250／300 MHz，系統(tǒng)時鐘SCLK輸入范圍為40～100 MHz。為確保時鐘的穩(wěn)定性，增加專門的濾波電路，如圖3所示。其中，R1△2 kΩ，R2△1．67 kΩ，C1△1μF(SMD)，C2△1 000 pF(HF SMD)，并應貼近DSP引腳放置。該電路同時為參考電壓輸出、系統(tǒng)時鐘和局部參考時鐘提供了參考電壓，電壓值為1.5 V±100 mV。
PCB設計時為保證時鐘的穩(wěn)定性采取了以下措施：
(1)用一個晶振作為多處理器系統(tǒng)的同頻同相時鐘。
(2)同一電路板上各個DSP的時鐘用同一個驅動器的各個門分別并行驅動。
(3)在印制板布局時將時鐘部分放于印制板中央位置，使時鐘驅動線到各DSP的距離大體相等。四是在印制板布線時，時鐘線盡可能地靠近地線層。
1．4 布局
PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。結合EMC設計一般布局規(guī)則，最終布局效果如圖4所示。
1．5 布線
根據(jù)PCB布線的原則完成布線設計后，需認真檢查布線設計是否符合設計者所制定的規(guī)則(DRC檢查)，同時也需確認所制定的規(guī)則是否符合印制板生產工藝的需求：
(1)線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產要求。
(2)電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合，在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。
(3)對于關鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。
(4)模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。
(5)后加在PCB中的圖形(如圖標、注標)是否會造成信號短路。
(6)對一些不理想的線形進行修改。
(7)在PCB上是否加有工藝線，阻焊是否符合生產工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質量。
(8)多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。