PCB Layout问题引起的CPU工作不稳定

显示全部楼层 · 2014-12-23 17:16:58

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在高速数字电路中，CPU的功耗往往随着主频的提升而增大，如果PCB Layout不当，则可能会引起CPU工作不稳定，本人就曾经遇到过。Marvell 88F6282 CPU运行在2GHz主频时，进行Memory Test测试，发现CPU常常不工作，而且每次不工作的时间点没什么规律，但是当CPU降频到1.6GHz运行时，这种现象不会发生。

进行以下分析
Memory Test是验证CPU和DDR在大负载情形下能否正常工作的一种方式，当系统运行在1.6GHz的时候，是正常的，说明CPU和DDR物理连线上是OK的，当升级到2GHz后会出现不工作，这种现象有两种原因：一种是时序上尤其是Set-up Time和Hold Time大于Margin，在1.6GHz时，因为频率相对来说低点，也就是时钟周期相对来说长点，所以时序上可能能满足CPU对访问DDR的要求，但是升级到2GHz后，由于时钟周期变短了，很有可能导致时序不能满足要求，导致CPU访问DDR时出现读写错误。为了验证这种想法，我们测试了2GHz时CPU访问DDR的时序，结果显示是时序满足要求的。另一种可能是CPU供电不足，因为，从Marvell 88F6282的Datasheet上看，CPU工作在2GHz时比工作在1.6GHz时电流消耗增加了700mA。

但是打开我们的PCB，我们发现VCC_CPU是通过第三层的Power层经过过孔来提供电流路径的，检查发现有效的电流路径宽度是40mil左右，根据经验公式，40mil线宽在表层可以走1A的电流来算，这个线宽是不能满足CPU供电要求。

Top层VCC_CPU网络

Power层VCC_CPU网络

解决方案
比较简单的方法是从VCC_CPU电源处走一个飞线到CPU供电引脚处的电容。最终的方法是改Layout，使VCC_CPU电源层线宽最小处为80mil，改版后，这个问题就没有再出现了。