高速PCB的信号和电源完整性问题研究_张建新
PCB设计中的电源信号完整性的考虑
PCB设计中的电源信号完整性的考虑在PCB设计中，电源信号的完整性是一个非常重要的考虑因素。
电源信号完整性主要关注信号的稳定性、可靠性和抗干扰能力。
以下是在PCB设计中考虑电源信号完整性的几个重要方面：1.电源供电稳定性：电源信号的稳定性对系统的正常运行至关重要。
在设计中，应该选择具有稳定输出的电源，以确保电压和电流在整个系统中能够保持稳定。
稳定的电源可以减少系统噪声和漂移，提高系统性能和可靠性。
2.电源噪声和滤波：电源信号中的噪声可能会对系统的性能产生负面影响。
在PCB设计中，应采取一些滤波措施来降低电源噪声。
可以使用滤波电容和电源滤波器来抑制高频噪声。
此外，在布局中应该将电源线和地线分离，并与信号线保持足够的距离，以减少互联干扰。
3.电源线宽度和引出：电源线的宽度和布局对电源信号的完整性有重要影响。
电源线的宽度和长度应根据所需的电流和电压降进行计算。
在高电流应用中，更宽的电源线可以减少电源线的电阻和热降，确保供电稳定。
此外，应避免将电源线与其他信号线交叉，以减少互联干扰。
4.电源平面和地面平面：为了提供一个低电阻、低阻抗的供电路径，设计中通常会使用电源平面和地面平面。
电源平面提供了一个低阻抗的供电回路，可以降低电源噪声和电源电压的波动。
地面平面则提供了一个低阻抗的地引用，减少了信号线和电源线之间的串扰和互联干扰。
5.电源分区：在复杂的PCB设计中，将电源信号按照不同的功能分区是一个好的实践。
不同的模块或器件可能有不同的电源需求，分区设计可以简化供电布线，减少供电路径交叉，提高系统的电源完整性。
6.过热和过电流保护：为了保护系统免受过热和过电流的损害，设计中应考虑一些保护措施，如过热保险丝、过压保护器和电流限制器。
这些保护措施可以防止电源故障对系统产生严重影响，并提高系统的可靠性。
综上所述，在PCB设计中，电源信号的完整性是至关重要的。
通过选择稳定的电源、合理布局、适当的滤波和保护措施，可以提高电源信号的稳定性、可靠性和抗干扰能力，从而改善系统的性能和可靠性。
高速PCB中信号完整性的分析
汪扬埔
（ 武警警官学院电子技术系 四川 ・ 成都 ６ １ ０ ２ １ ３ ）
摘 要
关键 词
高速 Ｐ Ｃ Ｂ设计 ， 已经成为大型数字系统设计成败的关键 ， 本文从传 输线损耗 、 抖动、 码 间干扰 ３个方面详细
Ｐ Ｃ Ｂ 完整性 分析
文献 标 识 码 ： Ａ
公式如下：
Ｒ ＝ ｐ Ｌ ／ （ ｏ ｈ ’ ） ＝ ｐ Ｌ ｏ （ ２ ∞ｐ ） １ ． ２介 质 损 耗
Ｐ Ｃ Ｂ中信号路径与返回路径会构成一个 电容器 结构 。 如
果 在 高频 条件 下 ， 介质会吸收热量， 所 以它介质为空气 的理想 电容器的电阻是无穷大 的，给定一个 直流 电压， 没有 电流经 过。 但是， 如果给定一个正 弦波 电压 Ｖ ＝ Ｖ 。 ｓ ｉ ｎ （ ３ ６ ｔ ） ， 就会产生一个余弦波 电流通过电容： Ｉ ｅ 口 ｄ Ｖ ／ ｄ ｔ ＝ Ｃ ｏ （ １ ） Ｖｏ ｃ ｏ ｓ （ ￣ ｔ ） 其中 Ｃ 。 是 电容器 电容， （ １ ） 为角频率，ｖ ０ 是正弦波电压振 幅 这个时候 电压和电流相位相差 ９ ０度 ， 因此不会有损耗 。 当 电容器间的介质不再是空气时，换成 的真实的介质材 料会有一定的电阻率 。 在 电容器两端加 电的情况下会有泄露 电流经过， 从而带来损耗。对于大部分介质而言， 往往因为其 很高的 电阻率而 可以使直流损耗忽略不计 。 ２抖动 抖动可 以定义为数字信号在重要时点上偏离理想时间位 置的短期变化 重要时点是指数字信号 的逻辑状态之间的转 换或边沿，具体来讲就是指转换信 号跨过选定的参考 电平或 判定 门限 。 在实际的电路 中， 由于抖动含有随机成分 ， 因此必须使用 统计术语指定抖动 。必须使用 中间值、 标准偏差、 最大值 、 最 小值和峰一 峰值 以及置信 区间和样本总量等指标 ， 才能建立 有意义的、 可重复的测量 。 根据信号 中不 同种类抖动 的特 点以及 产生抖动的原因 ， 总抖动可分为确 定性抖动和随机抖动。其 中， ＤＪ 又可 以分成 数据依赖型抖动 、由于 占空 比失真引起 的抖动和其它有界不 相关抖动 。随着 ＤＤ Ｊ中出现概率的不 同， ＤＤ Ｊ 又可 以分成高 概率 Ｄ ＤＪ 和低概率 ＤＤ Ｊ 。 而Ｂ ＵＪ 按照来源的不同分成三类 ： 电源噪声 引起的抖动 、串扰和其它外界噪声 引起的抖动和周 期性抖动。将 Ｄ Ｃ噪声保持在几个 ｍ Ｖ 内即可减小抖动，进 而可将输出信号的眼图保持在理想状态 ， 从而对 电源 以及时 钟振荡器和缓冲 区实现正确的滤波和去耦 。并且 ， 时钟源必 须具有高稳定性、 低抖动性。 ３码间干扰 对于有限带宽的信道 ，信道上传输 的码元会对随后传输 的码元产生影响。从能量 的角度来讲 ， Ｉ Ｓ Ｉ 可看成是 由于信道 的带宽有限，码元存储于信道上的能量变化滞后于被发送信 号 的变化， 残存的能量会与随后的码元能量叠加 ， 破坏 了码元 波形 的形状 除了信道带 宽有 限的因素外，传输线阻抗的不 连续和端阻抗与传输 线特征 阻抗失配， 都会 引起的 Ｉ Ｓ Ｉ 。 般都会采 用以下一些措施来减小传输线寄生储能元件 引起 的信号振荡： （ １ ） 采用 电流模驱动器来传 输信 号； （ ２ ） 控制信号 的切换时间； （ ３ ） 加入与传输线并行的端 电阻： （ ４ ） 在接 收器前端加入均衡滤波器 。
高速电路信号完整性分析与设计九--电源完整性分析
第9章高速信号的电源完整性分析在电路设计中，设计好一个高质量的高速PCB板，应该从信号完整性(SI——Signal Integrity)和电源完整性(PI——Power Integrity )两个方面来考虑。
尽管从信号完整性上表现出来的结果较为直接，但是信号参考层的不完整会造成信号回流路径变化多端，从而引起信号质量变差，连带引起了产品的EMI性能变差。
这将直接影响最终PCB板的信号完整性。
因此研究电源完整性是非常必要和重要的。
9.1 电源完整性概述虽然电子设计的发展已经有相当长的历史，但是高速信号是近些年才开始面对的问题，随之出现的电源完整性的许多概念并不为大多数人所了解。
这里，对其中涉及到的一些基本名词做些简单的介绍。
9.1.1 电源完整性的相关概念电源完整性(Power Integrity) ：是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。
虽然电源完整性是讨论电源供给的稳定性问题，但由于地在实际系统中总是和电源密不可分的，通常把如何减少地平面的噪声也做为电源完整性的一部分讨论。
电源分配网络：电源分配网络的作用就是给系统内所有器件或芯片提供足够的电源,并满足系统对电源稳定性的要求。
同步开关噪声（Simultaneous Switch Noise，简称SSN）：是指当器件处于开关状态，产生瞬间变化的电流（di/dt），在经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起噪声，所以也称为Δi噪声。
同步开关噪声包括电子噪声、地弹噪声、回流噪声、断点噪声等。
它对电源完整性的影响表现为地弹和电源反弹。
地弹噪声：它是同步开关噪声对电源完整性影响的表现之一。
是指芯片上的地参考电压的跳动。
当大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声，这样会在真正的地平面（0V）上产生电压的波动和变化，这个噪声会影响其它元器件的动作。
基于高速PCB的信号完整性理论分析
重庆工商大学学报（自然科 学版 ）
第３ ０卷
２ 反 射 原 理 分 析 与 解 决 办 法
２ ． １ 反射 的形成 与计 算
在研究单条印制线时， 主要研究反射对信号完整性 的影响。当驱动器将信号发送到传输线上时 ， 信号
幅度取 决 于驱动 器 的 电压 、 驱 动器 的源 电阻 和传输 线 的 阻抗 。在 驱 动器 看 到 的初 始 电压 由源 电 阻和 传输 线
摘 要 ： 介 绍 了高速 Ｐ Ｃ Ｂ设 计 中的信 号 完整 性概 念 以及 影 响信 号 完 整性 的 因素 和 不 完整 性 形成 原 因； 从 传 输线 理论 的层 面上 重 点分析 了高速 电路设 计 中反射 和 串扰 的形成 机制 并提 出 了解 决 办法 ； 基于Ｉ Ｂ Ｉ Ｓ模 型 实现 了对 Ａ Ｒ Ｍ ９￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ Ｘ ０ １芯片 的 时钟 输 出引脚 的仿 真 ， 给 出了 Ｉ Ｂ Ｉ Ｓ模 型仿 真步骤 。
关键词 ：信 号完 整性 ； 反射 ； 串扰 ； Ｉ Ｂ Ｉ Ｓ仿 真 中图分 类 号 ： Ｔ Ｎ ２ ４ ５ 文献标 志码 ： Ａ
如今的高速数字系统 中， 需将 Ｐ Ｃ Ｂ （ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ Ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ， 印制 电路板 ） 或Ｍ Ｃ Ｍ（ Ｍ ｕ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｐ Ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ， 多芯 片模块 ） 的走线当作传输线处理 。低速设计 中， 可以把互连通路建模为集 总电容或简单的延迟线 ， 在高速设 计中则不行。这是因为在高速设计 中， 与传输线相关的时序是总时序容限的重要部分 ， 由此而带来传输线 理论中涉及 的一系列信号完整性 问题 ， 如误触发 、 阻尼振荡 、 过 冲、 串扰 、 反射等 。在此将探讨其形成的原 因、 计算方法 ， 介绍了采用 Ｉ Ｂ Ｉ Ｓ 模型解决这些问题 的方法和对策。
信号完整性与电源完整性的研究与仿真的开题报告
信号完整性与电源完整性的研究与仿真的开题报告一、选题背景及意义信号完整性和电源完整性感性地理解，即不同的信号和电源是否能够在电路中保持其原始状态。
在高速PCB设计中，信号完整性问题和电源完整性问题是非常普遍的，它们会产生各种各样的电路干扰，如噪音、电磁干扰等等，从而导致电路性能的下降或者系统功能的失效。
因此，实现信号完整性和电源完整性对于保证电路性能和系统可靠性是至关重要的。
然而，在高速PCB设计中，对于信号完整性和电源完整性的研究与仿真是一个非常重要的环节。
二、研究目标本研究的主要目标是探讨信号完整性和电源完整性在高速PCB设计中的关键问题，例如信号的传输和噪声的抑制、电源的供电质量和稳定性等等。
通过对实验和仿真的比较，分析影响信号完整性和电源完整性的因素，并提供相应的设计方法和方案。
三、研究内容与步骤1、了解信号完整性和电源完整性相关的理论知识。
2、分析信号完整性和电源完整性的影响因素。
3、研究现有的信号完整性和电源完整性仿真方法，并结合实验进行对比分析。
4、验证设计方案，通过仿真分析和实验验证，确定最优解决方案。
5、总结研究成果，提出针对信号完整性和电源完整性研究的未来发展方向。
四、预期成果与创新点预计本研究将通过实验和仿真，提供了解信号完整性和电源完整性在高速PCB设计中的关键问题的详细分析，为保证电路性能和系统可靠性提供设计方案和方法，并为相关领域的研究提供创新点。
五、研究方法本研究采用实验和仿真相结合的方法，通过实验验证仿真结果的准确性，并通过仿真得到更多有价值的信息。
在实验方面，将借助现有的测试设备进行测试，如信号发生器、示波器等。
在仿真方面，将采用相应的仿真软件工具，如Altium Designer 等进行仿真。
六、研究难点1、信号完整性和电源完整性影响因素的综合分析。
2、如何针对信号完整性和电源完整性的问题提供最优解决方案。
3、通过仿真和实验得到准确的结果和分析。
七、时间安排本研究计划在2021年9月至2022年6月期间完成。
基于高速PCB电路的信号完整性分析与设计
中圈分 类 号 ： Ｎ ７ 文 献标 识 码 ： Ｔ９２ Ａ
文章 编号 ： ０ ３ ０ ０ ２ ０ 》 ５ ０ ８ － ３ １ ０ － １ ７（ ０ ７ ０ － ０ １ ０
Ａ ｂｓｔ ∞ ｔ Ｅｎ ｎ ｅｒ ｅ ａ ｗａ ｏｎ ｅｒ ｏ ｈｅ ｑ ｒ ＝ ｇｉ ｅ ａｒ ｌ ｙｓ ｃ ｓ ｃ ａｂ ｕｔｔ ｕａ ｉ ｆｔ ａ ｓ ｉｓｉ ｉ ｎａ ｎ ｔ ｄ ｓ ｇ ｎ ｌ ｙ ｏ ｒ ｎ ｍ ｓ ｏｎ ｓ ｇ ｔ ｌ ｈｅ ｅ ｉ ｎ ｊ ｏｆ ｈ ｇ ｐｅ ｇ ｔ ｙ ｔ ｉ ｈ ｓ ｅｄ ｄｉ ｉ ａｌｓ ｓ ｅｍ ．Ｔ ａｋ ｎ ｏｓ ａｌ Ｃ Ｕｒｉ ｇ ｏ ｒ ｎ ｉ ｇ ｃｒ ｓ ｔ ｋ Ｏ Ｃ ｎ ｎ ｔａ ｓｍ ｉ ｓ ｏｎ ｌ ｅ ａ ｘ ｒ ｓ ｉ ｉ ｓ ａｎ ｅ ａｍ Ｐ｜ ， ｎ ｅ
维普资讯
认 证 与 电 磁 兼 容 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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Ｓｉ ｕｎａ ｎｔ ｇｒ ｔ Ａｎａ ｖｓ ｓ ａｎｄ １Ｉ ｅ ｉｙ ｌ ｉ Ｄｅｓ ￣ｎ ｉ Ｂａｓ ｅｄ ｏｎ ｉ ｈ— ｐｅｅ ＰＣＢ Ｈ ｇ ｓ ｄ
Ａ 、Ｂ之 间 的 线 网 称 为 干 扰 源 网 络 ，
高速PCB设计中的信号与电源完整性研讨
远端上串扰的前后对比1
• 远端上串扰如下图所示：
未处理：
处理后：
峰-5
远端上串扰的前后对比2
1082
70
1. 图中长方体柱代表串扰电压的大小
图中串扰电压的单位为毫伏
213 114 34
2. 从左往右以此为处理串扰的步骤
从图中可知，串扰问题有较大的改善
25
PCB设计中的信号/电源完整性分析 附件1——课程设计作业及评分标准
一. 推荐软件 1. HyperLynx的LineSim及BoardSim; 2. Cadence的SiWave/SigXplorer。 二. 课程设计要求 在设计好PCB版图的基础上，对第8讲反射和第10讲串扰现 象，在不同互连情况下的SI进行分析。 提交不同互连设计下SI仿真分析报告；用PPT进行报告。
7
对整板进行批处理
点击图标
First
如右图进行设置，只选择 “检测串扰项”
Second Third
点“下一步” 选择串扰的阈值为 125mv 计算方法：5V×5%÷2 =125mv
点“下一步” 修改上升边为1ns, 点击“完成”，生成报告文件
Creatvity
8
对整板进行批处理后的报告文件
报告文件
1.最大允许的串扰………..125mv 2. 受害线网 NetIC_23
-进攻线网NetIC_21………..476mv
3. 受害线网 NetIC_21 -进攻线网NetIC_23……….476mv
9
对指定线网进行仿真1
① 从报告文件中发现线网NetIC_21和NetIC_23之间存 在严重串扰，故选择NetIC_21作为受害线网，指定对 其进行详细仿真。
PCB布线中信号的完整性分析
在PCB中，信号线是信号传输的主要载体，信号线的走线情况将直接决定信号传输的优越，从而直接影响整个系统的性能。
不合理的布线，将严重引发多种信号完整性的问题，对电路产生时序、噪声和电磁干扰(EMI)等，将严重影响系统的性能。
对此，本文从高速数字电路中信号线的实际电气特性出发，建立电气特性模型，寻找影响信号完整性的主要原因及解决问题的方法，给出布线中应该注意的问题和遵循的方法和技巧。
1 信号完整性信号完整性是指信号在信号线上的质量，即信号在电路中能以正确的时序和电压电平作出响应的能力，信号具有良好的信号完整性是指在需要的时候具有所必需达到的电压电平数值。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。
信号完整性问题体现在很多方面，主要包括延迟、反射、串扰、过冲、振荡、地弹等。
延迟(Delay)：延迟是指信号在PCB板的传输线上以有限的速度传输，信号从发送端发出到达接收端，其间存在一个传输延迟。
信号延迟会对系统的时序产生影响;传输延迟主要取决于导线的长度和导线周围介质的介电常数。
在高速数字系统中，信号传输线长度是影响时钟脉冲相位差的最直接因素，时钟脉冲相位差是指同时产生的两个时钟信号到达接收端的时间不同步。
时钟脉冲相位差降低了信号沿到达的可预测性，如果时钟脉冲相位差太大，会在接收端产生错误的信号。
反射(Reflection)：反射就是信号在信号线上的回波。
当信号延迟时间远大于信号跳变时间时，信号线必须当作传输线。
当传输线的特性阻抗与负载阻抗不匹配时，信号功率(电压或电流)的一部分传输到线上并到达负载处，但是有一部分被反射了。
若负载阻抗小于原阻抗，反射为负;反之，反射为正。
布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面不连续等因素的变化均会导致此类反射。
串扰(Crosstalk)：串扰是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起信号线上的噪声。
容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。
高速高密度PCB电源完整性分析
随着 器件 工艺 和封 装 集 成 技 术 的发 展 ， 多 功 更
有器件 或 芯 片 提 供 足 够 的 电 源 ， 满 足 稳 定 性 要 并
能 的模 拟 和数 字 电路制 作 或集成 到单 个芯 片 中 。从 芯 片的集 成度 … 和 工作 频 率 发 展 趋 势上 看 ， 芯 片 ① 的工 作 电流在 不 断 增 加 ， 耗 也 在 相应 的增 加 。② 功
Ａ ｓ ａｔ Ｗｉ ｏｅｒｐ ｌ ｓ ｉ ｈ ｇｏ ｎ ｉ ｅ ｄｎｉ ｆ Ｃ Ｐｉ ｅ ｉ ｕｔ ｏｒ ） ｐｗ ｒｉｔ ｒｙｈｓ ｂ ｔ ｃ ： ｔ ｍ ｒ ａｉ ｙ ｗｔ ｉ ｆＩ ａｄ ｈｇ ｒ ｅｓｙｏ Ｂ（ ｒ ｔ Ｃｒ ｉ Ｂ ａ ，ｏ ｅ ｅ ｉ ａ ｒ ｈ ｄ ｃｎ Ｃ ｈ ｔ Ｐ ｎｄ ｃ ｄ ｎ ｇｔ
芯 片主 时钟频 率 越来 越 快 ， 而要 求 边 沿 切 换 时 间 从
求 ｌ 。在实 际高 速 电路 系统 中 ， 源分 配 网络 在 不 ４ ］ 电 同频 率 时 。 存在 不 同 电源 阻抗 ， 当大 量 开关 同时切 换 状态 产生 的噪声 电流 通 过 时 ， 产 生一 定 的 电压 降 会 和 电压摆 动 ， 成供 电不 连续 ， 能会影 响高 速 系统 造 可 的正 常 工作 。所 以为 了保 证 每个 器件 始终都 能 得到
Ｙ Ｎ ｉｇ ｈ ｎ，ＩＴ ｏ ， Ｕ Ｈａ ｈ ｎ Ａ Ｊｎ ｃ ｕ Ｌ ａ Ｓ ｏ ａ ｇ
（ ｅｉｇＩｓｔｔ ｏ ｐ ｃ Ｍｅｈ ｎ ｓ Ｅｅｔｃｔ，ｅｉｇ１０ ７ ，ｈｎ ） Ｂ ｉ ｔｕｅ ｆＳ ａｅ ｃａ ｉ ＆ ｌ ｒ ｉ Ｂ ｉｎ ０ ０ ６ Ｃ ｉａ ｊ ｎ ｎｉ ｃ ｃｉ ｙ ｊ
ｂ ｃ ｍｅ ａ ｓ ｒｏ ｓｐ ｏ ｌｍ ｉｈ ｃ ｎ ｎ ｔｂ ｅ ｌｃ ｅ ｎ ｔｅ ｄ ｓｇ ｆＰ ｅ ｏ ｅｉ ｕ ｒｂ ｅ ｗｈ ｃ ａ ｏ ｅ ｎ ｇｅ ｔｄ ｉ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ＣＢ． ｓｄ ｏ ｅｃ ｕ ａｉｎ ｏ ｗｅ ｎ ｅ ｒｔ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ａ ｓｔｏ ｆｐ ｈ ｏ ｒｉ ｔｇｉｙ， ｈｅ
高速PCB设计中信号完整性的仿真与分析经验
高速PCB设计中信号完整性的仿真与分析经验信号完整性是高速PCB设计中非常重要的考虑因素之一，它涉及到信号的传输特性、功率完整性和噪声抑制等方面。
为了确保良好的信号完整性，需要进行仿真和分析，下面将分享一些经验。
首先，进行信号完整性仿真和分析时，通常会使用电磁场仿真软件，如HyperLynx、ADS和Siemens Polarion等。
这些软件提供了强大的仿真工具，可以模拟高速信号在PCB板层间、连线延迟、反射噪声和交叉耦合等方面的特性。
在进行PCB布线之前，可以使用S参数仿真来预测信号传输损耗和延迟。
S参数仿真可以帮助确定适当的信号线宽和间距，以确保信号在传输过程中不会过多地损耗信号强度。
另外，还可以使用时间域仿真来观察信号的时钟偏移、波形畸变和振荡等问题。
在信号完整性分析中，功率完整性也是一个重要的考虑因素。
为了确保功率供应的稳定性，可以使用直流仿真来模拟电流分布和功率供应网络的负载情况。
同时，也需要考虑布线的阻抗匹配和电源降噪等因素，以确保信号传输过程中的稳定性和可靠性。
噪声抑制是信号完整性另一个重要的方面。
在高速PCB设计中，尤其是在高频电路中，信号可能会受到电磁干扰、串扰和反射等干扰。
为了抑制这些噪声，可以使用串扰仿真来分析信号互相之间的干扰程度，并采取相应的补救措施，如增加地线和电源平面或添加层间抑制器等。
此外，还可以通过仿真来评估不同布线方案的性能。
通过对比仿真结果，可以选择性能最佳的布线方案，以实现更好的信号完整性。
除了进行仿真分析，还应根据实际情况对设计进行优化，如合理布局和分隔模块、减少信号线长度、使用合适的信号线层间堆叠等。
总结起来，信号完整性的仿真与分析在高速PCB设计中起着至关重要的作用。
通过运用合适的仿真工具和技术，可以提前检测和解决信号完整性问题，提高PCB设计的可靠性和性能。
同时，也需要结合实际经验和优化措施，确保设计的有效性和可行性。
浅析信号完整性及其在高速PCB设计中的应用
浅析信号完整性及其在高速PCB设计中的应用摘要：信号完整性是保证信号传输的可靠性和稳定性的关键要素，它在高速PCB设计中起着重要作用。
本文从信号完整性的概念、实现方法、影响因素和优化方法四个方面进行探讨，并结合实际案例，分析了信号完整性在高速PCB设计中的应用。
关键词：信号完整性；高速PCB设计；电磁兼容；时钟分配正文：一、信号完整性的概念信号完整性是指在信号传输过程中，信号波形、电压、时序等方面都不会发生失真、损耗、干扰等现象，保证信号能够稳定可靠地到达终点设备的能力。
信号完整性具有极高的重要性，一旦信号完整性受到破坏，就可能导致通信错误、丢失数据、系统崩溃等严重后果。
二、信号完整性的实现方法为了保证信号完整性，需要在PCB设计阶段进行针对性的设计和优化。
信号完整性的实现方法包括：布线规划、时钟分配、地电位规划、电磁兼容等。
其中，地电位规划和电磁兼容是防止干扰的重要手段，布线规划和时钟分配则是保证信号传输稳定性的重要手段。
三、影响信号完整性的因素信号完整性受到多种因素的影响，例如：信号源、传输线、接收器、环境干扰等。
其中，重要的因素包括：传输线长度、阻抗匹配、电气长度、反射、时钟抖动等。
这些因素都会直接或间接地影响信号完整性，因此需要在设计中进行充分考虑。
四、优化信号完整性的方法为了优化信号完整性，需要在各个方面进行充分的设计和优化。
具体方法包括：合理设计PCB布局、采用适当的信号层次、保证信号走线的匹配和对称性、增加信号层次的引脚数量等。
此外，还需要注意时钟分配的稳定性、地电位规划的合理性、单个信号层的布线等。
五、信号完整性在高速PCB设计中的应用在高速PCB设计中，信号完整性显得尤为关键。
无论是高速总线还是复杂芯片组件，都需要考虑信号完整性的影响因素。
例如，时钟分配需要保证传输的稳定性和抖动率的最小化，同时需要进行细致的布线规划；地电位规划需要保证清晰的电位分布，以避免信号发生干扰；电磁兼容需要采取合适的屏蔽和屏蔽技术，以保证信号的纯洁性。
简述高速PCB板的信号完整性设计
简述高速PCB板的信号完整性设计作者：李芹来源：《科学与信息化》2017年第25期摘要随着高速电路系统设计复杂性的提高，高速PCB的信号完整性的解决难度也会加大，这是一个非常复杂的设计过程。
在实际应用中，设计初始就应当要考虑到器件的合理性，若选用高性能和速率的器件，那么在解决信号完整性的难度就会加大。
本文就高速PCB信号完整性进行深入分析并提出解决办法，以供参考。
关键词信号完整性；PCB；设计1 高速PCB信号完整性的概述信号完整性（Signal Integrity，简称SI）是指电路系统中信号的质量，即信号在电路中以正确的时序和电压做出响应的能力。
如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收端的集成电路芯片，则该电路具有较好的信号完整性。
反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。
从信号传输的角度来看，当一个集成电路芯片将时钟或者数据作为信号发送到PCB上的导体或导线上，这些信号应该在要求的时间内以一定电压到达接收端芯片的引脚，并且持续一定的时间。
当信号不满足上述条件时，信号完整性问题就出现了。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是由PCB板级设计中多种因素共同引起的[1]。
元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等因素，都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不工作。
因此，信号完整性又指在高速产品中由互连线引起的所有问题。
主要研究互连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性能。
从信号完整性的角度来看，实际的信号波形就是设计所需的理想波形和一些不期望看到的波形的叠加。
总之，在高速电路设计中，信号完整性（SI）问题解决得越早，设计的效率就越高，从而可避免在电路板设计完成之后才增加端接器件。
2 高速PCB信号完整性分析及常用的解决办法高速信号完整性受损是由于随着信号速度和板级设计复杂度的提高、元器件的参数及在PCS板上的布局、高速信号的布线等多种因素共同作用引起的受损，主要体现在信号的反射、振铃、地弹、串扰等。
信号完整性分析及其在高速PCB设计中的应用
生 的回波 。信 号通 过传输线的引导在将部分信 号功率传输给 负载 的同时，还可能 由于阻抗的 不 匹配特性 ，一部 分的信 号能量可 以将其反射 会源端 当中。如果阻抗匹配得当，那么信号将 全部传递给 负载 ，信号反射现象也将不会 出现 。
与传 统的 ＰＣＢ设计 方法 不同，基 于信号 完 整 性 分 析 的 ＰＣＢ 设 计 在 进 行 ＰＣＢ 板 设 计 之 前，要建立相应的高速数字信号传输 的信 号完 整性 模型 。根 据 ＳＩ模 型对 信 号完整性 问题进 行提前 的分析 ，然后根据计算结果对元器件 的 类型和相关参数进行确定 ，并将其作为 电路设 计的依据 。
在设 计 电路 的时候 ，需要通过 ＳＩ模型对 设计方案进行信号完整性分析 ，并综合元器件 与 ＰＣＢ板 参数 的公差范 围和版 图设计 中可 能 的参数变化 ，然后计算解空 间。在完成对 电路 的设计后 ， 当元 器件 参数 在 一定 范围 内变化 时，元器件的布局和信号线 的布线处于灵活状
３结 束语
综 上所 述， 高速 电路设 计是 一个 较 为复 杂的设计流 程，而随着系统设计逐渐区域复杂 化和 多样化 ，信号完整性特点也将越来越凸显 出来 。因此 ，在 设计的初 期必须要合理选择器 件 ，不能一 味追求 高性 能和 高速率 。
：不是 有某 一个特定的因素所导致 的，而是 ｌ级设 计中多方面的因素共同导致的 。以下 方 面 就 是 影 响信 号 完整 性 的 因 素 。
１．３振 铃
振 铃 的主要 表现 就是 信 号反复 出现 过冲 或下冲 现象，通常是处于逻辑 电平 门限部位抖 动 ， 并 且震 荡 成 为 欠 阻 尼 的 状 态 。信 号 之 上 的 振铃现 象主要是由于传输线上的过渡和寄生 电 感与 电容所 引起的收端与源端阻抗失配所导致 的 。
基于信号完整性分析的高速数字PCB板设计方法
孙 建光
（ 天津 三星 电子 有限 公司 ， 天津
３ ０ ０ ４ ６ ２ ）
摘 要 把基于信号完整性分析的高速数字 Ｐ Ｃ Ｂ 板设计方法和相对来说比较传统的 Ｐ Ｃ Ｂ 设计进行对比 ， 文章主要介绍 的就是 Ｐ Ｃ Ｂ 设计的方法 ， 在设计的过程中 ， 先对所有的速度数字信号建立 Ｐ Ｃ Ｂ 板级信 号传输模型 ， 然后对其传输的模
的时间内以及电压幅度进行达到 的 ， 就说 明该电路中有着 比较
好 的 信 号完 整 性 。 如果 信 号 在 电路 中 不 能够 进 行 正 常 的反 应 ， 就 说 明 信 号 的 完整 性 出现 了 问题 。信 号 完 整 性 的 问题 主要 有 ：
一
是延 迟 ； 二是 反 射 ； 三 是 串扰 ； 四 是 同步 切换 噪声 ； 五 是 电
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１ 信 号 完整性
信 号完 整 性 简称 ｓ Ｉ ， 主 要是 指 信 号 在 电路 中 不仅 能 够 以正 确 的时序 体 现 响应 的能 力 ， 还 能 以正确 的 电压 做 出响应 的 能力 。 电 路集 达 到 电路 芯 片 的过 程 中 ，电路 中的 信 号是 按 时序 、 维持
２ 相关的设计方法
针对 ｓ Ｉ 计 算机 对 Ｐ Ｃ Ｂ设 计 方法 为 ： 把 设 计 相 关 的 内容 进 行输 入 ，首 先输 入 的 就 是 原 理 图 设 计 ， 对其在 ｓ Ｉ 模 型 下 进 行 ｓ Ｉ 仿 真 的分析 ， 仿 真分 析 之 后在 进行 Ｐ Ｃ Ｂ相 关 的设计 ， 并对 其 设计 进 行有 效 的加 工 ， 最后 实 行 相关 的 测量 和 调试 ， 在 进 行 调 试 的过程 中 ，出现 设计 的 原 图进 行相 应 的修 改 ， 如 果 满 足调 试 相 关 的要求 ， 就可 以对 设计进 行 定型 。 信 号 完整 性 分析 的 方法 主 要 具有 以下几 个 方 面特 点 ： 一 是 在对 Ｐ Ｃ Ｂ 进 行 设计 的前 提下 ， 必须 要 先 建立 高 速数 字 信 号传 输 的ｓ Ｉ 模型 ； 二是 对 ｓ Ｉ问题 在 ｓ Ｉ 模 型 中进 行相应 的仿真 ， 并 结 合 仿 真 的实 际 结构 ， 不 仅要 选 择 比较合 适 的元 器件 类 型 ， 还 要 选 择 比较 合 适 的 电路拓 扑 结构 ， 作 为原 理 图在 设计 的 过程 中主 要的依据 ； 三是将设计的相关方案交到 ｓ Ｉ 模型当中 ， 并对其进 行ｓ １ 分析 ， 不 仅要 结合 元器 件和 Ｐ Ｃ Ｂ板参 数 公差存 在 的因 素进 行考 虑 ， 还 要对 Ｐ Ｃ Ｂ图 版设 计 中 的参 数 变化 因素 进行 考 虑 ， 对 设计 方 案进 行 深刻 的分析 ； 四是 在 图形 设 计 完成 之后 ， 各个 高 速 数字 信 号不 仅应 该 具有 连 续 的解 空 间 ， 还 要具 有可 实 现 的解 空间 ， 也就 是 Ｐ Ｃ Ｂ 在 范 围 内进 行 变化 、 元件 参 数在 范 围 内进 行 变化 、Ｐ Ｃ Ｂ板上 布局 具有 一 定的 灵活 性 、Ｐ Ｃ Ｂ 板 上 的信 号也 具有 灵活 性等 情况 下 ， 对ｓ Ｉ 的相 关要 求都 能够 得 到一 定的保 证 ；五 是Ｐ Ｃ Ｂ在 进 行 设计 之 前 ， 获 得 信 号 解 空 间 上边 界 值 ， 就是 Ｐ Ｃ Ｂ 在 设计 过程 中受 到约 束 的条 件 ，同时 不仅 是 Ｐ Ｃ Ｂ布局 设 计 的主 要依 据 ， 还是 Ｐ Ｃ Ｂ 布 线 设 计 的主 要 依据 ： 六 是在 Ｐ Ｃ Ｂ整 个设 计 的过 程 中 ， 将 部分 完成 或者 是全 部完 成 的相 关设计 要 送到 ｓ Ｉ 模 型 当中 ， 对其 进行 Ｓ １ 分析 ， 看 看设 计 出来 的 Ｐ Ｃ Ｂ版 图在设 计 的 过程 中是 否符合 ｓ Ｉ的相关 要求 。 如果在 进行 ｓ Ｉ 仿 真 的过程 中 ， 仿 真 出来的 结果不 能满 足 ｓ Ｉ 相 关 的要求 ， 就 要对 Ｐ Ｃ Ｂ设计 进 行 修改 ， 严 重 的就要 对 Ｐ Ｃ Ｂ原 理 图设 计进 行修 改 ， 这样 做 的 方 法 在 一 定程 度 上防 止 了 Ｐ Ｃ Ｂ设 计 中 出现 的不 当 ， 就会 出现 Ｐ Ｃ Ｂ进
高速电路中的信号完整性问题
高速电路中的信号完整性问题摘要：介绍高速电路的特点，引入高速电路中的信号完整性问题，讨论了影响高速电路信号完整性的因素，介绍分析信号完整性的模型和仿真工具。
关键词PCB 信号完整性分析1.概述所谓高速数字电路,是指由于信号的高速变化而使得电路中的模拟特性,如导线的电感,电容等发生作用的电路。
高速数字电路一般来说频率较高，电容电阻的特性变化较快。
信号变化速度较快时,容抗感抗的值将无法忽略。
同时两个互不相连的导线之间也会产生无法忽略的感应电流和感应电压。
正是因为这些新特点,从而使得高速电路设计时,产生了许多需要考虑的新问题:信号的反射,地弹,振铃,以及信号间的串扰。
基于以上这些原因，我们要对PCB 进行信号完整性的分析。
2.信号完整性2.1 信号完整性（SI）定义信号完整性是指信号在信号线上的质量。
信号具有良好的信号完整性是指信号在需要的时候，具有所必需达到相应的电压电平和时间指标。
信号完整性具有以下两个基本条件：（1）空间完整性，又称信号幅值完整性，为满足电路的最小输入高电平和最大输入低电平要求；（2）时间完整性，为满足电路的最小建立和维持时间。
2.2 信号完整性解决的主要问题（1）电源分布电源分布网络是高速电路板设计中最重要的考虑因素。
电源分布网络必须为低噪声的电路板上各部分电路提供一个低噪声的电源，包括VCC 和接地。
电源分布网络同时还得为电路板上所有产生或接受的信号提供一个信号回路。
（2）串扰（Crosstalk）串扰是指线迹之间不必要的信号耦合，它可以是电容性的或者是电感的。
电容性串扰是指信号线路之间的信号电容耦合，当线路以一定的距离彼此靠近时，会出现这种情况。
电感的串扰可以看作是不需要的变压器的原线圈和次级线圈之间的信号耦合。
变压器的线圈就是电路板或者系统上的电流环路，它可能是由无效的布局造成的人造环路，也可能是信号路径和信号返回路径综合形成的自然环路。
（3）反射、过冲、振铃、多次跨越逻辑电平错误传输过程中的任何不均匀(如阻抗变化、直角线或过孔)都会引起信号的反射，反射的结果对模拟信号（正弦波）将形成驻波，对数字信号则表现为上升沿、下降的振铃和过冲。
高速数字系统PCB电路中的信号完整性设计方案
现在的高速数字系统的频率可能高达数百兆Hz，其快斜率瞬变和极高的工作频率，以及很大的密集度，必将使得系统表现出与低速设计截然不同的行为，出现了信号完整性问题。
破坏了信号完整性将直接导致信号失真、定时错误，以及产生不正确数据、地址和控制信号，从而造成系统误工作甚至导致系统崩溃。
因此，信号完整性问题已经越来越引起高速设计人员的关注。
1 信号完整性问题及其产生机理信号完整性SI（Signal Ingrity）涉及传输线上的信号质量及信号定时的准确性。
在数字系统中对于逻辑1和0，总有其对应的参考电压，正如图1（a）中所示：高于ViH的电平是逻辑1，而低于ＶiL的电平视为逻辑0，图中阴影区域则可视为不确定状态。
而由图1（b）可知，实际信号总是存在上冲、下冲和振铃，其振荡电平将很有可能落入阴影部分的不确定区。
信号的传输延迟会直接导致不准确的定时，如果定时不够恰当，则很有可能得到不准确的逻辑。
例如信号传输延迟太大，则很有可能在时钟的上升沿或下降沿处采不到准确的逻辑。
一般的数字芯片都要求数据必须在时钟触发沿的tsetup前即要稳定，才能保证逻辑的定时准确（见图1（c））。
对于一个实际的高速数字系统，信号由于受到电磁干扰等因素的影响，波形可能会比我们想象中的更加糟糕，因而对于tsetup 的要求也更加苛刻，这时，信号完整性是硬件系统设计中的一个至关重要的环节，必须加以认真对待。
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，信号定时与信号在传输线上的传输延迟和信号波形的损坏程度有关。
信号传输延迟和波形的原因复杂多样，但主要是以下三种原因破坏了信号完整性：（1）反射噪声其产生的原因是由于信号的传输线、过孔以及其它互连所造成的阻抗不连续。
（2）信号间的串扰随着印刷板上电路的密集度不断增加，间的几何距离越来越小，这使得信号间的电磁已经不能忽略，这将急剧增加信号间的串扰。
（3）电源、地线噪声由于芯片封装与电源平面间的寄生和的存在，当大量芯片内的电路和输出级同时动作时，会产生较大的瞬态，导致电源线上和地线上的电压波动和变化，这也就是我们通常所说的地跳。
高速PCB的信号完整性分析及应用
频会产生辐射进而产生干扰． 边缘极值 的速度可 以 时可 导致时 序 混 乱 ．驱 动 过 载 、走 线 过 长 都 引 起 产生振铃 、 反射以及串扰． 如果不加抑制的话 ， 这些 延时．在有限 的时 间预算 中要满 足所 有 门延 时 ， 噪声会严重损害系统的性能． 包括建立 时间、保持时 间、线延迟．高速时 ，传 传统的高速解 决办法是 一种问题补救法 ，在 输线 上 的等 效 电 容 、电 感 会 对 信 号 的数 字 信 号 切 问题 出现以前 ，只能靠设计者 的经验来保证设计 换产生延迟 ，影 响信 号 的建立 时间 和保持 时 间，
助于设计工具来分析控制设计流程是高速设计 的 全部传给负载 ，反射不会发生．
必 由之 路．
１ ３ 振铃 ．
１ 影响信号完 整性 的若干 因素
振铃 表现 为信 号 反复 出现 过 冲 和 下 冲 ，在 逻 辑 电平 的 门限上 下 抖 动 ，震 荡 成 欠 阻 尼 状 态 ．信
现串扰问题 ，其原 因是信号线上有 交变 的信号 电 ￣ — ＋ ｗ ）— ｊ Ｃ ． 中 ， 为等效 串联电阻． ／ ｒ ｊＬ ／ ｇ＋ ｗ ） 其 （ （ ｒ 流通过 时 ，会 产 生 交 变 的磁 场 ，处 于 该 磁 场 中 的 频率 升高 时 ， 由于趋肤 效应 ， 导致 了 ｒ 速增 加． 迅 ｇ为
摘
要 ：在高 速系统 设计 中 ，Ｐ Ｂ板 的走 线 常呈现 传输 线 效应 ，因而对 系统 产生 显 著 的影 响． 分 Ｃ
析了影响信号完整性的定时、反射、振铃、串扰 、地反弹等多种 因素．介绍了一种应用 Ｓ ／ ｉ ｐ Ｑ Ｓ ｘ ｇ 进行建模仿真的方法，利用 ｓ Ｑ对高速系统的信号完整性分析和波形仿真，很好地解决了传输线
浅谈PCB的信号完整性设计分析
浅谈PCB的信号完整性设计分析1. 引言1.1 背景介绍PCB的信号完整性设计在现代电子产品设计中扮演着至关重要的角色。
随着电子产品的不断发展，尤其是高速数字电子产品的广泛应用，信号完整性设计已经成为PCB设计中不可或缺的一部分。
随着电子产品的不断发展，尤其是高速数字电子产品的广泛应用，信号完整性设计已经成为PCB设计中不可或缺的一部分。
在高速数字电子产品中，信号传输的速度越来越快，信号完整性设计的要求也越来越高。
信号完整性设计不仅仅涉及到信号传输线的布局和走线，还需要考虑信号的波形失真、串扰、反射等问题。
信号完整性设计的好坏直接影响到整个电路的性能和稳定性。
在PCB设计中，信号完整性设计是一个复杂而细致的工作。
要想做好信号完整性设计，需要充分理解PCB设计原则、信号完整性设计的要点，以及传输线的特性分析等知识。
只有这样，才能更好地发现和解决在信号完整性设计中可能出现的问题，确保设计的稳定性和可靠性。
深入研究和探讨PCB的信号完整性设计是至关重要的。
1.2 研究意义信号完整性设计是PCB设计中非常重要的一个方面，其意义主要体现在以下几个方面：1.提高系统性能：信号完整性设计可以有效地降低信号传输过程中的噪声和时延，保证信号的准确传输，从而提高系统的性能和稳定性。
2.减少设计错误：通过信号完整性设计，可以在设计阶段及时发现和解决信号完整性问题，避免在后期出现信号干扰、串扰等问题，减少设计错误的发生。
3.节约成本和时间：信号完整性设计可以帮助设计工程师在最短的时间内找到最佳的设计方案，避免了在后期不断修改和优化的情况，从而节约了设计成本和时间。
4.提高产品可靠性：信号完整性设计可以有效地提高产品的可靠性和稳定性，减少故障率，提高产品的市场竞争力。
深入研究和探讨PCB的信号完整性设计是非常有意义的，可以帮助工程师在实际项目中更好地应用相关技术，提高设计水平和产品质量。
2. 正文2.1 PCB设计原则PCB设计原则是保证信号完整性设计的基础，主要包括以下几个方面：1. 信号层分布：合理的信号层分布可以减少信号线间的干扰，提高信号的传输性能。
高速数字 PCB 板的信号完整性仿真与验证
高速数字 PCB 板的信号完整性仿真与验证张召宾;宋宝;程建军【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)006【摘要】高密度PCB（printed circuit board）设计中，高速时钟信号的信号完整性设计面临越来越大的挑战。
针对该问题，文章研究了传输线的特性阻抗及其对信号传输延时的影响，利用Cadence的信号完整性分析软件Allegro PCB SI ，对一款基于ARM的嵌入式运动控制平台的时钟信号存在的信号完整性（signal integrity ，SI）问题进行了再现仿真，重点分析了信号反射与串扰现象及其产生原因，提出了减小时钟信号串扰和反射的措施；结合阻抗匹配原则，以嵌入式运动控制平台的SDRAM 和USB时钟信号为例，利用Allegro PCB SI对并行端接、串行端接、改变线间距等方法进行了试验，试验结果表明，端接匹配的方法能有效地减小时钟信号的反射和串扰现象。
【总页数】6页(P778-782,864)【作者】张召宾;宋宝;程建军【作者单位】华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉 430074;华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉 430074;广州深圳市浩能科技有限公司，广东深圳 518172【正文语种】中文【中图分类】TN929.11【相关文献】1.高速PCB板的信号完整性研究 [J], 李超;陈少昌;刘任洋2.基于信号完整性分析的高速数字PCB板设计方法 [J], 鲁国斌3.略谈高速PCB板信号完整性仿真 [J], 张久明4.高速数字PCB板设计中的信号完整性分析 [J], 王爱珍5.高速数字PCB板设计中的信号完整性分析 [J], 朱旻因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。