李玉山信号完整性分析3~483页PPT

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信号完整性分析PPT课件

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SI简介
• 学习SI的目的 a.什么是典型的信号完整性问题? b.这些问题来自哪里? c.为什么有必要去理解SI问题? d.如何去分析和解决SI问题? e.如何去做SI测试?
30.11.2020
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• SI的内容 SI简介
信号完整性它包含两方面的内容,一是 独立信号的质量,另一个是时序。我们 在电子设计的过程中不得不考虑两个问 题:信号有没有按时到达目的地?信号 达到目的地后它的质量如何?所以我们 做信号完整性分析的目的就是确认高频 数字传输的可靠性。
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SI简介
• 数据采样及时序例子
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SI简介
• 数据采样及时序例子 从这个图里面我们可以清楚地看到数据 必须准时到达逻辑门而且在接收端期间 开始锁存前必须确定它们的逻辑状态。 任何数据的延迟或者失真都会导致数据 传输的失败。失败有两种可能:一个是 因为接收端根本就无法识别数据;另一 个是接收端虽然识别了数据,但数据因 为失真而导致错误。
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• SI的重要性
随着高频数字电路的不断发展,SI问题变得越来越引 人注目,数字电路的频率越高,出现SI问题的可能性 就越大,对设计工程师来说,他的挑战也就越大。很 多SI问题实际上都是自然界中的电磁现象,所以SI问 题跟EMI/EMC是息息相关的。
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SI简介
• 理想逻辑电压波形
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SI简介

信号完整性分析 ppt课件

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图0-0 五种PCB及系统级中的互连线条形式
信号完整性分析
• 点到点
• 近、远端簇
• 菊花链
• 周期性加载
图0-1 单个网络的各种互连拓扑情况
图0-2 高速IEEE-1394视频采集系统
物理互连本身的电阻、电容、电感和传输线效应 影响了系统性能。SI分析一书的作者Eric将后果归结
为信四类号SI完问整题:性分析
• 反射(reflection);
• 串扰(crosstalk);
• 电源轨道塌陷(rail collapse);
• 电磁干扰(EMI)。
此种划分系一家之言!该书属入门读物,后两种 涉及不深。
图0-3 四种信号完整性问题图解
图0-4 实际互连的阻抗不匹配示例,多分支更是如此
图0-5 振铃曲线,是由于阻抗不匹配造成的反射所致
• Ansoft: HFSS(高频结构仿真器)、SI2D
信号完整性分析
• 阻抗分析仪; • 矢量网络分析仪(VNA); • 时域反射仪(TDR)。
1. 阻抗分析仪:频域, 正弦电流源+电压表 (直接测); 2. 矢量网络分析仪(VNA):频域, 电压源+ 电压表(间接测); 3. 时域反射仪(TDR):时域, 信号源+示波器 (间接测)。
升边将增加到100ps。
图0-10 由于有损线造成的上升边退化
信号完整性分析
• 经验法则; • 解析近似; • 数值仿真 (有场和路两种途径); • 实际测量。
信号完整性分析
• SPICE(侧重IC的仿真程序) • Mentor公司:Hyperlynx • Candence公司:SigXP(SigXplorer) • Agilent公司:ADS
物理互连(Interconnect )包括四个层次:芯片内连线、芯片 封装、PCB及系统互连。它们决定高速信号、数据和电源质量。 三个高密度载体为:芯片系统SOC、板级系统SOB、封装系统 SOP。

信号完整性分析培训课件

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具体来说,是指信号在电路中以正确的时序和电 压做出响应能力。
当电路中的信号能够以正确的时序、持续的时间 和电压的幅度进行传送,并到达输出端时,说明 该电路具有良好的信号完整性;而当信号不能正 常响应,就出现了信号完整性问题。精文档信号完整性分析概念
一个数字系统能否正确工作,其关键在于信号定 时是否准确。
印制电路板层的参数、信号线的距离、驱动端和接 收端的电器特性,以及信号线的端接收方式等,都 对串扰有一定的影响。
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常见的信号完整性问题
3、反射(Reflection)
反射就是传输线上的回波。信号功率的一部分经传输线 传给负载,另一部分则向源端反射。在高速设计中,可 以把导线等效为传输线,而不再是集总参数电路中的导 线。如果阻抗匹配(源端阻抗、传输线阻抗和负载阻抗 等),则反射不会发生;反之,若负载阻抗与传输线阻 抗失配就会导致接收端反射。
高速电路设计的重点将与低速电路设计时截然不同, 不再仅仅是元件的合理放置与导线的正确连接,还 应该对信号的完整性(Signal Integrity,SI)问题给与 充分的考虑。
否则,即使原理图正确,系统可能也无法正常工作。
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信号完整性分析概述
信号完整性分析是重要的高速PCB板极 和系统极分析和设计的手段,在硬件电路设 计中发挥着越来越重要的作用。Protel 99SE 提供了具有较强功能的信号完整性分析器, 以及实用的SI专用工具,使Protel 99SE用户 在软件上就能模拟出整个电路板各个网络的 工作情况,同时还提供了多种补偿方案,帮 助用户进一步优化自己的电路设计。
在高频电路设计中,信号的传输延时是一个完全无法避 免的问题。为此引入了一个延迟容限的概念,即在保证 电路能够正常工作的前提下,所允许的信号最大时序变 化量。

信号完整性ppt课件

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导电平面就像一个镜子,镜像电路与原电
路电流方向相反,并以平面对称。这样由
于互感影响,该涡流 会较大的减小原电路
的回路自感。
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电感的物理基础

悬空平面越靠近回路,回路的电感就
越小,如下图:
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传输线的物理基础
• 一、信号 信号总是指信号路径和返回路径之间相
邻两点的电压差,该原则适用于所有传输 线,无论是单端还是差分传输线。
信号完整性分析
通常设计过程是极富直觉和创造性的,要想尽快 完成合格设计,激发关于信号完整性的设计 直觉至关 重要。设计产品的设计师应了解信号完整性如何影响整 个产品的性能。该文档主要介绍 理解和解决信号完整 性问题所需的基本原理,直观定量地给出信号完整性问 题的工程背景知识。
主要参考: 信号完整性分析
• 四、传输线的瞬态阻抗及特征阻抗 传输线的瞬态阻抗并不是PCB上导线的电阻。如
果我们在一根导线上加一个电压,该电压信号从一 端传输到另一端的过程中所受到的阻抗即为瞬态阻 抗,当一定时间后,整根导线上的电源稳定后,导 线表现出的阻抗与瞬态阻抗肯定不一样,稳定后的 电阻才是我们平时所指的电阻。瞬态阻抗仅由传输 线 的两个固定参数决定,即传输线的横截面积和材 料特性共同决定,与传输线的长度无关。计算公式 为(只考虑电容效应的近似计算):
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概论
c、返回路径平面上的间隙; d、接插件; e、分支线、T型线或桩线; f、网络末端。 B、网络间的串扰; C、轨道塌陷噪声;
当通过电源和地路径的电流发生变化时,在电 源路径和地路径间的阻抗上将产生一个压降。设计 电源和地分配的目标是使电源分配系统(PDS)的 阻抗 最小 D、来自整个系统的电磁干扰和辐射。
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信号完整性分析 ppt课件

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信号完整性(SI),是指信号电压(电流)完美的波形形状及 质量。由于物理互连造成的干扰和噪音,使得连线上信号的
波形外观变差,出现了非正常形状的变形,称为信号完整性
被破坏。信号完整性问题是物理互连在高速情况下的直接结
果。
信号完整性强调信号在电路中产生正确响应的能力。
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广义信号完整性(SI)泛指由各种信号、数据、电源 互连线引起的所有电压、电流不正常现象,包括: 噪声、干扰、时序抖动、数据传输等。
当频率大于1GHz时,介质损耗的增长与频率成正 比,而导线损耗与频率的平方根成正比(注意此处的自 变量为频率)。
FR4的介质损耗危害程度示例:当传输10inch后,上
升边将增加到100ps。
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图0-10 由于有损线造成的上升边退化
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信号完整性分析
• 经验法则; • 解析近似; • 数值仿真 (有场和路两种途径); • 实际测量。
狭义的信号完整性,是指信号电压(电流)波形的形 状及质量,主要包括反射和串扰。物理互连将其上面 的信号波形变差(退化),出现了非正常形变,称为信 号完整性被破坏。噪声可以转化为抖动,见DSI2.65式。
信号完整性退化是物理互连设计不当又工作在高 速环境下的直接后果。
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0.2 互连的范畴
所有电子产品都可以解释为元器件及其互连。说到底,都可以 看作是靠不同层次下互连“编织”成的作品。
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同层屏蔽线
Gnd
VDD
屏蔽层
Gnd
衬底层(Gnd) 图0-12 芯片内对抗线间串扰的屏蔽措施剖面说明
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图0-13 为了减小电感,实际PCB去耦电容过孔的安装情况
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VDD
板线
键合线 芯片内核

李玉山信号完整性分析34 83页PPT文档

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正弦波,而在频域中只表示为一个点
用以下三项就可以充分描述正弦波: 频率; 幅度; 相位。 频率,通常用 f 来表示,是指每秒中包含的完整正弦波 周期数,单位是赫兹。角频率以每秒弧度来度量。弧度像 度数一样,描述了周期的一小部分,一个完整周期的弧度 为 2π。希腊字母ω通常用来表示角频率,以每秒弧度来度 量。正弦波的频率与角频率的关系如下:
仪器信噪比(SNR)高意味着测量质量高。矢量网络分析 仪 (VNA) 的 信 噪 比 在 其 整 个 频 率 范 围 内 应 是 恒 定 的 , 从 10MHz 到 50GHz 或更高频率,信噪比均为-130dB。
时域反射计(TDR),有效带宽可高达 10GHz,但信噪比从 低频处的+60dB 降至 10GHz 处的+5dB。
提示 毕竟,时域是客观存在的,我们不能脱离这个基础,除非频域中有求解答 案的捷径。
描述互连电路,常常包括电阻、电感和电容的组合。电 路中这些元件可用二阶线性微分方程描述,这类微分方程 的解就是正弦波。
这类电路中,实际产生的波形就是由上述微分方程的解 所对应的波形组合而成。
实际的电路模型含电阻、电感、电容、传输线。输入信 号是任意波形。电路不同,对输入加工处理的结果也不同。
其中: ω:角频率,弧度/秒 π:常量,为 3.14159... f: 正弦波频率,赫兹
(2.2)
例如,若正弦波的频率是 100MHz,那么它的角频率就等 于 2×3.14159×100MHz~6.3×108 弧度/秒。
幅度是中间值之上的波峰高度的最大值。水平方向之下 和水平方向之上的峰值相等。
相位较复杂些,它给出的是从时间轴起点波的起始位置。 相位以圆周、弧度或度为单位。
此时,在频域中绘制一个正弦波,仅需一个数据点。这 就是要在频域中研究问题的关键原因。

信号完整性分析实验报告_西电李玉山,路建民老师剖析

信号完整性分析实验报告_西电李玉山,路建民老师剖析

实验一反弹图像的仿真一、实验原理1.信号振铃如果信号传输过程中感受到阻抗的变化,就会发生信号的反射。

这个信号可能是驱动端发出的信号,也可能是远端反射回来的反射信号。

根据反射系数的公式,当信号感受到阻抗变小,就会发生负反射,反射的负电压会使信号产生下冲。

信号在驱动端和远端负载之间多次反射,其结果就是信号振铃。

大多数驱动源的输出阻抗都很低,如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗,那么在没有源端端接的情况下,必然产生信号振铃。

信号振铃的过程可以用反弹图来直观的解释。

假设驱动端的输出阻抗是10欧姆,PCB走线的传输延时为1ns,且特性阻抗为50欧姆(可以通过改变PCB走线宽度,PCB走线和内层参考平面间介质厚度来调整),为了分析方便,假设远端开路,即远端阻抗无穷大。

驱动端传输1V电压信号。

反弹图见图一所示。

图一利用反弹图分析分析多次反射和远端接收器的时变电压第1次反射:信号从驱动源内部发出,经过10欧姆输出阻抗和50欧姆PCB特性阻抗的分压,实际加到PCB走线上的信号电压为1*50/(10+50)=0.84V。

传输到线末端,由于线末端开路,阻抗无穷大,反射系数为1,即信号全部反射,反射信号也是0.84V。

此时线末端测量电压是0.84+0.84=1.68V。

第2次反射:0.84V反射电压回到源端,阻抗由50欧姆变为10欧姆,反射系数为-0.67,发生负反射,源端反射电压为084×(-0.67)=-0.56V,该电压到达线末端,再次发生反射,反射电压-0.56V。

此时线末端测量电压为2×0.84+2×(-0.56)=0.56V。

第3次反射:从线末端反射回的-0.56V电压到达源端,再次发生负反射,反射电压为0.38V。

该电压到达线末端再次发生正反射,反射电压0.38V。

此时线末端测量电压为0.56+0.38+0.38=1.32V。

同样会发生第四次反射,第五次反射……如此循环,反射电压在源端和远端之间来回反弹,而引起线末端电压不稳定。

信号与电源完整性分拆与设计-李玉山第9讲

信号与电源完整性分拆与设计-李玉山第9讲

信号及电源完整性分析与设计[Chapter9]第九讲有损线带宽、抖动与数据完整性西安电子科技大学电路CAD研究所李玉山19.0高频损耗引起数据误码单纯传输,数据信号经过长线后,上升边退化。

图9.1 是上升边 RT=50ps 信号在 FR4 上经过 36in 、 50Ω线后的波 形。

除延迟外,上升边几乎拉长到2ns。

这种退化将引起 数据 0/1 符号间干扰 (Intersymbol Interference , ISI) 和误码 。

图9.1RT=50ps的信号入经50Ω、36in长线后为RT=1ns的信号出2当时钟频率高于1GHz、传输长度超过10in时,例 如高速链路(Serial Link)和千兆以太网,数据误码 主要是传输线损耗引起(机载、星载设备中同类问题很多)。

误码的主要原因是:数据信号幅度的塌陷退化直 接影响0/1的阈值判决;时序上的交叠抖动妨碍0/1的 判决时刻(其实,前一讲的时延ΔTD不仅有时延,也有上升边的退化含义,只是未单独讨论)。

3一般,频域中分析高频损耗比较简单。

例如:频域 中上升边退化变长等价于:信号高频分量的衰减比低 频分量衰减大得多。

下面分析传输线损耗的思路是:首先,在频域中理 解损耗机理;然后,再到时域中估计它对信号完整性 的影响 (本讲主要考察两种损耗:导线损、介质损及其对退化的影响分析)。

49.1有损线的退化作用若信号损耗与频率无关,即低频、高频时相同。

整个信 号的幅度会统一降低,波形形状则继续保真。

图9.2指出: 这种常量型衰减不会造成信号上升边退化和时序抖动。

图9.2当损耗与频率无关时,上升边为100ps的信号传播后波形形状不变5实际上,信号在有损传输线传播,高频分量的选 择性衰减使得信号带宽降低、上升边拉长。

上升边拉 长是退化的主要形式。

如果上升边退化与数据0/1位周期相比很小,位模 式(样式)将比较稳定,并与0/1数据流中前面位是0是 1的经历无关。

第9章-信号完整性分析

第9章-信号完整性分析

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清华大学出版社
2018/12/5
9.4.1 信号完整性规则设置
•在PCB编辑环境下进行信号完整性规则的设置 在PCB编辑环境下,执行菜单命令【设计】/【规则】, 弹出【PCB规则和约束编辑器】对话框,并从该对话框中打 开【Signal Intergity】选项,如图9-13所示。在该【 Signal Intergity】选项中用户可以选择设置信号完整分 析所需要的规则。
图9-13 【PCB规则和约束编辑器】对话框
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为了更好地进行信号完整性分析,设计者在电路板系 统设计过程中,应当特别注意以下几点: 1. 将对噪声敏感的元器件进行物理隔离; 2. 尽量使线路阻抗匹配以及对信号进行反射控制; 3. 采用独立的电源及地电平层; 4. PCB布线避免走直角; 5. 同一组信号线尽量保持在走线上等长; 6. 在高速电路设计中,相邻的两条信号线的间距应符合 3W规则,即间距为信号线宽度W的三倍; 7. 选择容值足够大、阻抗低的旁路电容,对电源进行退 耦处理; 8. 将PCB板中的元器件进行合理布局。
9.3 添加信号完整性模型
Protel DXP提供了两种添加信号完整性模型的方法: 通过【Model Assignments】(模型配置)对话框进行 添加,该方法是向设计中添加信号完整性模型最简单 的方法; 手动方式进行添加,该方法利用【元件属性】对话框 来完成信号完整性模型的添加。 【实例9-1】 利用【Model Assignments】(模型配置)对 话框添加信号完整性模型。
传输时间过长 传输线距离过长, 替换或重新布线, 使用阻抗匹配的 没有开关动作 检查串行端接 驱动源,变更布 线策略

课件:李玉山1(研究生)修改

课件:李玉山1(研究生)修改
改良巴氏染色 Shorr染色 Diff-Quik法
改良巴氏染色 Shorr染色 Diff-Quik法
观察方法
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精子活力分析可接受误 差的应用
• 例2:
重复计数200个精子评估精子的活力结果如下: – PR精子分别占37%和28% – NP精子分别占3%和6% – IM精子分别占60%和66% – 最常见活力级别是IM型,均值为63%,差值是6% – 在均值为63%时,随机误差上限是10%,结果是可接
受的
精子活力分析可接受误
• 例1:
差的应用
重复计数200个精子评估精子的活力结果如下:
– PR型精子分别是30%和50%
– NP型精子是5%和15%
– IM型精子是65%和35%
– 最常见活力级别是IM型,均值为50%,差值是30%
– 在均值为50%的情况下,随机误差的上限是10%, 得出的差异超出10%,应需重新制作两份标本进行 评估
• 精液分析:
– 标准程序:精液采集和初步肉眼观察、精子浓度和精子总
数的测定、精子活力分级、精子形态学评估、非精子成分
– 可供选择的试验:多重精子缺陷指数、WBC免疫细胞化
学染色、精子宫颈粘液相互作用、精浆生化、CASA
– 研究实验:活性氧、顶体反应、精子卵细胞相互作用、精
子透明带结合、去透明带仓鼠卵穿透试验、精子染色质检测
可接受范围内,如果不可接受,重新读片) • 取平均值,报告结果
精液涂片的制备
• 充分混匀精液样本。 • 快速取样,避免精子从混悬的精液样本
中沉降。 • 重复取样前,再次混匀精液样本。 • 根据精液样本具体不同情况,采用不同
的涂片方式。
(a) 对于未稀释的精液,采用拉薄技术,将一滴精液(S) 沿成角的载玻片背侧边缘展开,向前拖拉制成涂片。

信号完整性分析培训课件

信号完整性分析培训课件
具体来说,是指信号在电路中以正确的时序和电 压做出响应能力。
当电路中的信号能够以正确的时序、持续的时间 和电压的幅度进行传送,并到达输出端时,说明 该电路具有良好的信号完整性;而当信号不能正 常响应,就出现了信号完整性问题。
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信号完整性分析概念
一个数字系统能否正确工作,其关键在于信号定 时是否准确。
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信号完整性分析规则设置
1、激励信号规则(Signal Stimulus)规则
设置激励信号的种类,包括3种选项:“Constant Level”表示激励信号 为某个常数电平;“Single Pulse”表示激励信号为单脉冲信号; “Periodic Pulse”表示激励信号为周期性脉冲信号
设置激励信号高电平 脉宽的起始时间
信号定时与信号在传输线上的传输延迟,以及信 号波形的损坏程度都有密切关系。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的,而 是由板极设计中的多种因素共同引起的。
仿真证实,集成电路的切换速度过高,端接元件 的布设不正确,电路的互连不合理等,都会引发 信号完整性问题。
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பைடு நூலகம்
常见的信号完整性问题
Protel 99SE提供了一个高级的信号完整性分析器。 它能精确地模拟分析已步好线的PCB,可以测试 网络阻抗、下冲、过冲和信号斜率。
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信号完整性分析器
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信号完整性分析规则设置
5、信号下冲的上升沿(Undershoot-Rising Edge)规则:信号 下冲的上升沿与信号下冲的下降沿是相对应的。它定义了信 号上升边沿允许的最大下冲值,也即信号上升沿上低于信号 上位置的阻尼振荡,系统默认单位是伏特。
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信号完整性分析规则设置
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