信号完整性

“1” “0”
-3V
源端匹配
波形延迟
• 波形延迟的原因？
– 电子在导体中的运动速度？ – 电磁波在戒指中的传播速度？
12”/ns (Air) 6“/ns (FR4, εr=4)
波长
何谓高频信号呢？
• 传输线足够长的时候
• 传输线的长度相对于波长来说不可忽略 （大于波长的1/20） • 传输线长度大于Tr/D/6 • D为传输线延迟
VINCIDENT VREFLECTED
• 特征阻抗的定义
– 信号向某个方向传播时，电压变化和灌入电流 的比值
传输线延迟
D r / C
D为传输线延迟 r 为相对介电常数 C为真空中的光速
传输损耗和相位
• γ(w) = α(w) + j β(w) • α(w)为幅度上的损耗 • β(w)表示不同频率下的相位延迟
PCB上的信号完整性
• 在PCB上30Ohm到100Ohm的信号完整性是 很容易保证的
75 50
H
Microstrip H/8 Stripline H H H H
2H
H/3
PCB上的信号完整性
• 带状传输线和微带线的区别
趋肤效应百度文库
δ：趋肤深度 ρ：电阻率 μ：磁导率
10 MHz
100 MHz
信号完整性
我注意过，即便是那些声称一切都 是命中注定的而且我们无力改变的 人，在过马路之前都会左右看 ——霍金
信号完整性
• 传输线 • 终端匹配 • 串扰
直流/交流信号的不同？
• 在直流信号中，传输阻抗主要由线缆的电 阻决定 • 在交流信号中，传输阻抗主要由线缆的寄 生电感和电容决定
交流信号在传输线中的模型
接近效应
• 由于电流产生的磁场引起的效应，将导线 中的电荷往另一根导线拉。
反射系数的计算
• 反射系数
Γ=ρ ∕ θ=
VR VI
ZL - Z0 = ZL+ Z0
开路终端的反射
LX LY LZ CY CZ
CX
t1
E I E
t2
t3
I
E I E I
t4
源端匹配和终端匹配
• 终端匹配可以配 置为总线模式 • 源端匹配可以配 置为扇出模式
交流信号在传输线中的模型
R L G C
传输线
传输线
不考虑信号完整性的结果？
• • • • • 损耗和失真 振荡 降低系统时钟速度 减小噪声裕量 对IC输入/输出接口 的冲击 • ……
信号完整性
信号完整性
Driver Transmission Medium Receiver
6V 4.6V 3V Switching Threshold 1.5V 0V -0.5V Minimum Voltage Specification Maximum Voltage Specification
Zs=50 Zo=50 Zo=50 Zs=50
振荡反射
ZS Z0
ZS << Z0
10V 8V Driver Output 6V 4V
2V
0V 0s 50ns
Receiver Input
100ns
150ns
200ns
阶梯反射
ZS Z0
ZS >> Z0
6V
4V
Receiver Input
2V
Driver Output
0V
50ns
100ns
Time
终端匹配
RL
Z0
R1 R2
思考
• 如果终端匹配电阻不正确会产生什么样的 结果？ • 是否可以画出波形呢？
问题
何谓高频信号呢？
• 一个时钟信号，频率是1GHz，我们需要担 心它的信号完整性吗? • 一个时钟信号，频率是1kHz，我们需要担 心它的信号完整性吗?
何谓高频信号
• 高频/低频信号是相对于传输线长度来说的。
• 重要的指标并不是信号的频率，而是上升 沿的速度？ • 和之前的结论是否矛盾？为什么？
特征阻抗