高速数字设计和信号完整性--传输线理论
传输线理论及信号完整性分析
信号完整性分析（Signal Integrity） SI的四种分析、描述手段和途径
传输线理论
多长的走线才是传输线？ 这和信号的传播速度有关，在FR4板材上铜线条中信号速 度为6in/ns。简单的说，只要信号在走线上的往返时间大于 信号的上升时间，PCB上的走线就应当做传输线来处理。 对于传输时间<信号上升时间的线路，由于对信号的影响 微乎其微，所以在此不做讨论。 假设有一段60英寸长的PCB走线，如图1所示，返回路径是 PCB板内层靠近信号线的地平面，信号线和地平面间在远端开 路。 在这段走线上加一个上升时间为1ns的信号，在最初的1ns 时间，信号在线条上还是走了6英寸。
*这个很容易理解，线之间的间距大，其分布电容电感之间的影响就小，电 磁场耦合也会变小
2.在满足阻抗要求的情况下，应该使传输线和参考平面间的距离越小 越好（减小H）。这样做会让传输线和参考平面更紧密的耦合，减少 临近线的干扰 3.对于关键信号（例如时钟信号）用差分走线，如果系统设计允许的 话
*差分信号的共模抑制好，能有效的抑制临近线的干扰。但是很多时候系统 设计就是单端模式。 *设计中要尽量减小H，但也不是无限制的，还受到制造工艺的限制。
传输线理论与
信号完整性分析
一、传输线理论
§1.什么是传输线
什么是传输线呢？任何2个有长度的导体就是传输线，如下图所示。 对于传输线，要彻底忘记“地”的概念，所谓的地不过是信号的 返回路径。所以传输线就是由信号路径和其返回路径构成的.
信号在传输线上的传播速度到底是多少呢？假定传输线介质的介电常数为4.空 气中信号的速度为 3000, 000km每秒，即30cm/nsec.那么在介质中的速度 就为 :
信号完整性分析（Signal Integrity）
第2章传输线理论
j z
1 2Z0
(U1
I1Z0 )e
j z
(2―2―14)
同样可以写成三角函数表达式
U (z)
U1 cos z
jZ0
sin z
I
(
z)
j
U1 Z0
sin
z
I1
cos
z
(2―2―15)
第2章 传输线理论
三、入射波和反射波的叠加 由式(2―2―5)和式(2―2―6)两式可以看出,传输线 上任意位置的复数电压和电流均有两部分组成,即有
U (z)
A1e j z
A2e j z
Ui(z) Ur(z)
I
(z)ຫໍສະໝຸດ 1 Z0A1e j z
1 Z0
A2e j z
Ii(z)
Ir(z)
(2―2―16)
第2章 传输线理论
根据复数值与瞬时值的关系,并假设A1、A2为实数, 则沿线电压的瞬时值为
u(z,t) Re[U (Z )e ji ] A1 cos(t z) A2 cos(t z)
式中v0为光速。由此可见,双线和同轴线上行波电
压和行波电流的相速度等于传输线周围介质中的光速,
它和频率无关,只决定周围介质特性参量ε,这种波称为
无色散波。
第2章 传输线理论
(三) 相波长λp
相波长λp是指同一个时刻传输线上电磁波的相位相 差2π的距离,即有
p
2
vp f
vpT
0 r
(2―3―5)
第2章 传输线理论
这种路的分析方法,又称为长线理论。事实上,“场” 的理论和“路”的理论既是紧密相关的,又是相互补充 的。有些传输线宜用“场”的理论去处理,而有些传输 线在满足一定条件下可以归结为“路”的问题来处理, 这样就可借用熟知的电路理论和现成方法,使问题的处 理大为简化。
第二章-传输线理论
第二章 传输线理论
根据传输线上的分布参数是否均匀分布，可将其分为 均匀传输线和不均匀传输线。我们可以把均匀传输线分割
成许多小的微元段dz (dz<<λ)，这样每个微元段可看作集 中参数电路，用一个Γ型网络来等效。于是整个传输线可
等效成无穷多个Γ型网络的级联
第二章 传输线理论
2 - 2 无耗传输线方程及其解 一、传输线方程
即：
( ) I (z) = Ii2e jβ z + Ir2e- jβ z = Ii2 e jβ z + e- jβ z = 2Ii2 cos β z
( ) u(z,t) =
2Ui2
sin
β
z cos ω t
+
φ 2
+π
2
i(z,t) =
2
Ii2
cos β
z cos(ω t
+
φ) 2
第二章 传输线理论
=
-
Ur (z) Ir (z)
=
R0 + jωL1 G0 + jωC1
对于无耗传输线( R0 = 0, G0 = 0 )，则
Z0 =
L1 C1
对于微波传输线 ,也符合。
平行双线 同轴线 特性阻抗
在无耗或低耗情况下，传输线的特性阻抗为一实数， 它仅决定于分布参数L1和C1，与频率无关。
第二章 传输线理论
l = (2n +1) λ (n = 0,1,2,)
4
1.传输线上距负载为半波长整数倍的各点的输入阻抗等于负载阻抗；
2.距负载为四分之一波长奇数倍的各点的输入阻抗等于特性阻抗的
平方与负载阻抗的比值；
3.当Z0为实数，ZL为复数负载时，四分之一波长的传输线具有变换阻 抗性质的作用。
传输线理论——【高速数字设计】
分支线长度>传输线临界长度 在分支点A，Z0’ = Z0 / N，N为分支数 在设计中应根据驱动器的驱动能力，严格限制使用
B
A
C
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16
负载驱动方式（1）
点对点
一个驱动器驱动一个负载 最好的传输方式 高速信号或时钟信号应尽可能采用此方式
串推
一个驱动器驱动多个负载 负载分布在传输线终端一定的范围内 分支线极短
高速数字设计和信号完整性分析
—— 传输线理论
基本概念
频V=率mf∕=0(6.5×∕1t0r -9)s
模型
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2
传输线基本特性
传输线的特性阻抗
传输线的时间延迟
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3
传输线分类
非平衡式传输线
平衡式传输线
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传输线理论
19
传输线损耗和信号质量
集肤效应 邻近效应 辐射损耗 介质损耗
流经导体外部介质中的漏电流将产生介质损耗
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20
谢谢
传输线理论
13
负载效应（1）
直流负载和交流负载
低频设计中，电路的直流扇出能力一般都很强
高频设计中，电路的驱动能力主要指交流负载能力
最小间隔
A、B两点的反射波开始互相叠加时，它们之间的距离 LMIN称为最小间隔。
LMIN称为=0.85 Tr / Tpd 当A、B两点的距离为1/2 LMIN时，干扰能量最大
A
B
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14
信号完整性(SI)分析-9~10传输线与反射
反射和失真使信号质量下降。一些情况下，它们看起来 就像是振铃。引起信号电平下降的下冲可能会超过噪声容 限，造成误触发。图 8.1 示例了短传输线末端由阻抗突变 造成的反射噪声。
Voltage, V ── 电压，V
time，nsec ──时间，ns
图 8.1 在 1 in 长、阻抗可控互连线的接收端，由于阻抗不匹配和 多次反射而产生的“振铃”噪声。
第二种特殊情况是传输线的末端与返回路径相短路， 即末端阻抗为 0。反射系数为(0 - 50) /(0 + 50) = -1。 1V 入射信号到达远端时，产生-1V 反射信号向源端传播。 短路突变处测得的电压为入射电压与反射电压之和， 即 1V + -1V＝0。这是合理的，因为如果此处是严格按定义 规定的短路，短路点两侧不可能有电压差。此处电压为 0V 的原因就是它是从源端出发的正向行波和返回源端的负向 行波之和。
高速电路与系统互连设计中 信号完整性(SI)分析
(之9~10[八]：传输线与反射)
李玉山
西安电子科技大学电路CAD研究所
8.0
提示
引言
如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分信号将
被反射，另一部分发生失真并继续传播下去，这一原理正是单一网络中多数信号完整 性问题产生的主要原因。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
reflected ──反射
incident── 入射
measured ──测量
图 8.4 如果区域 2 是开路，则反射系数
经常说信号到达传输线的末端时，其值翻倍。从数值上这是正确的，可实
际上发生的情况并非如此。总电压即两个行波之和虽然是入射电压的两倍，但是这样 说会引起错误的直觉。最好还是把末端电压看作入射电压与反射电压之和。
传输线理论
传输线理论
传输线理论，简称TLT，是有限的电子单元电流和电压的研究，构成电子系统的基础。
TLT是非常有用的，因为它可以帮助我们研究，设计和分析简单或复杂的电路，尤其是复杂的多路径电路，比如电磁波传输线和低频无线系统。
TLT涉及到不同电子元件的耦合和交互作用，这可能影响电路的性能。
TLT的研究可以从两个方面来看：对某种类型传输线的整体特性的理论分析，以及一种特定的传输线特性的数学模型。
首先，TLT涉及到分析整体电路特性，尤其是了解传输线阻抗和复数频率响应的表现。
传输线的阻抗取决于电流限制，因此，可以用它来确定一个传输线的最大功率。
此外，它也可以描述在特定频率下，传输线的特性是怎样的，也可以用这个技术来识别电路中的损耗和噪声。
其次，TLT提供了一种可以用数学模型来表征不同类型传输线的特性的方法。
通过用各种类型的装置，可以计算各个元件和电路参数，如电容或电感，可以进一步确定电路的性能。
TLT也可以用来模拟时变电路，以更准确地模拟传输线和系统的行为。
最后，TLT与其他领域的研究有着重大的关联性。
物理，光学和无线技术等领域，可以通过TLT来明确传输行为，以帮助提供更好的性能和更好的网络服务。
研究人员可以通过将机械和电气特性调整到要求的值，来改善系统的性能。
总而言之，TLT是一个非常有用的工具，可以在设计电路时，
帮助我们分析电路特性，并保证传输可靠性与质量。
它不仅可以帮助我们研究和开发出质量良好的电路，还可以用来表征传输线的性能，以帮助改善系统的性能，从而提供高质量的服务。
TLT的优点也可以用在更多其他领域，比如物理学，光学和无线电，从而实现更多的功能和更好的效果。
高速数字电路设计中的信号完整性分析
高速数字电路设计中的信号完整性分析在高速数字电路设计中，信号完整性分析是非常重要的一环。
信号完整性分析旨在确保信号在电路中能够准确、稳定地传输，从而避免信号失真或干扰，保证电路的性能和可靠性。
首先，我们需要了解信号完整性分析的基本概念。
信号完整性是指在一个电路中，信号从发送端到接收端能够保持原有的形态和正确的数值。
在高速数字电路设计中，信号往往受到许多因素的影响，如传输线特性、阻抗、反射、串扰等，这些因素都有可能导致信号失真。
因此，对信号完整性的分析和优化至关重要。
在进行信号完整性分析时，我们需要首先考虑传输线的特性。
传输线的特性包括传输速度、阻抗匹配、传输延迟等，这些特性直接影响信号传输的稳定性和速度。
通过对传输线的建模和仿真分析，可以帮助我们了解传输线对信号的影响，从而优化电路设计。
另外，阻抗匹配也是信号完整性分析中的重要内容。
当信号源和负载的阻抗不匹配时，会导致信号的反射和衰减，从而降低信号的质量和稳定性。
因此，在设计电路时，需要确保信号源和负载的阻抗能够有效匹配，以减少信号的失真和干扰。
此外，信号完整性分析还需要考虑信号的传输延迟和时序关系。
在高速数字电路中，信号传输的延迟会对数据的同步和稳定性产生影响。
通过时序分析和延迟优化，可以更好地控制信号的传输速度和有效减少时序误差。
最后，在进行信号完整性分析时，还需要考虑信号的功耗和信噪比。
功耗会影响电路的工作效率和稳定性，信噪比则会影响信号和噪声的比值，从而影响信号的准确性和清晰度。
因此，在设计电路时，需要综合考虑功耗和信噪比等因素，以实现信号的高质量传输。
总的来说，信号完整性分析是保证高速数字电路性能和可靠性的重要步骤。
通过对传输线特性、阻抗匹配、传输延迟、功耗和信噪比等方面的分析和优化，可以更好地保证信号在电路中的准确传输，避免信号失真和干扰，从而提高电路的性能和可靠性。
希望以上内容对您有所帮助。
高速电路信号完整的基本概念
高速电路设计/信号完整性的一些基本概念1.信号完整性（Signal Integrity）：就是指电路系统中信号的质量，如果在要求的时间内，信号能不失真地从源端传送到接收端，我们就称该信号是完整的。
2.传输线（Transmission Line）：由两个具有一定长度的导体组成回路的连接我们称之为传输线，有时也被称为延迟线。
3.集总电路（Lumped circuit）：在一般的电路分析中，电路的所有参数，如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上，各个元件上，各点之间的信号是瞬间传递的，这种理想化的电路模型称为集总电路。
4.分布式系统(Distributed System)：实际的电路情况是各种参数分布于电路所在空间的各处，当这种分散性造成的信号延迟时间与信号本身的变化时间相比已不能忽略的时侯，整个信号通道是带有电阻、电容、电感的复杂网络，这就是一个典型的分布参数系统。
5.上升/下降时间（Rise/Fall Time）：信号从低电平跳变为高电平所需要的时间，通常是量度上升/下降沿在10%-90%电压幅值之间的持续时间，记为Tr。
6.截止频率（Knee Frequency）：这是表征数字电路中集中了大部分能量的频率范围（0.5/Tr），记为Fkn ee，一般认为超过这个频率的能量对数字信号的传输没有任何影响。
7.特征阻抗（Characteristic ImpEDAnce）：交流信号在传输线上传播中的每一步遇到不变的瞬间阻抗就被称为特征阻抗，也称为浪涌阻抗，记为Z0。
可以通过传输线上输入电压对输入电流的比率值(V/I)来表示。
8.传输延迟（Propagation delay）：指信号在传输线上的传播延时，与线长和信号传播速度有关，记为tP D。
9.微带线（Micro-Strip）：指只有一边存在参考平面的传输线。
10.带状线（Strip-Line）：指两边都有参考平面的传输线。
11.趋肤效应（Skin effect）：指当信号频率提高时，流动电荷会渐渐向传输线的边缘靠近，甚至中间将没有电流通过。
高速电路设计与信号完整性分析研究
高速电路设计与信号完整性分析研究随着现代通信和计算技术的快速发展，高速电路设计与信号完整性分析成为电子工程领域的重要研究方向。
在高速电路设计中，保证信号完整性是确保信号在电路各部分的传输过程中保持稳定和可靠的关键因素。
本文将对高速电路设计与信号完整性分析进行深入研究与讨论。
首先，我们将介绍高速电路设计的基本概念和原则。
高速电路是指工作频率高于几百MHz或更高的电路。
在高速电路设计中，我们需要考虑时钟频率、噪声、功率消耗、时延等因素，以确保电路的稳定性和可靠性。
高速电路设计的关键问题是如何降低电路中的时延、功耗和电磁干扰等因素，以提高电路的工作性能和可靠性。
其次，我们将探讨信号完整性的重要性和相关分析方法。
信号完整性指的是在高速电路中，信号的波形是否能够保持原样在电路中传输。
信号完整性的分析可以通过仿真和测量来进行。
仿真方法包括传输线模型和电磁场仿真，能够模拟信号在电路中传输的过程，预测和分析电路中的潜在问题。
测量方法则利用示波器等仪器，直接测量信号的波形和时延等参数。
接下来，我们将介绍一些常见的高速电路设计和信号完整性分析技术。
一种常用的技术是引入缓冲器和反馈电路，以提高信号的驱动能力和抗噪声能力。
另一种技术是使用终端阻抗匹配电路，以减少信号的反射和干扰。
此外，还可以采用布线技术来降低电路中的噪声和时延。
针对信号完整性的分析，常用的方法包括时域分析、频域分析和模拟分析等。
最后，我们将讨论高速电路设计和信号完整性分析的挑战和发展方向。
随着通信和计算技术的不断发展，高速电路的设计要求也越来越高。
传统的电路设计方法已经无法满足新的需求，因此需要开展更深入的研究和创新。
未来的发展方向包括采用新的材料和器件、设计新的布线结构、改进分析方法和算法等。
总之，高速电路设计与信号完整性分析是当代电子工程领域的热点研究课题。
通过深入研究和探索，我们可以改进高速电路的设计方法，提高电路的可靠性和性能。
未来的发展将面临一系列的挑战，但也将带来更多的机遇和突破。
高速数字电路设计中信号完整性分析与思考
高速数字电路设计中信号完整性分析与思考作者：魏红艳来源：《西部论丛》2017年第01期摘要：提高信号的完整性，是提高高速数字电路设计水平及性能的主要途径。
本文简要分析了与高速数字电路信号完整性有关的因素，强调了控制各因素的重要性。
基于此，主要从反射、串扰、噪声三方面出发，详细探讨了各因素的控制方法。
并通过建立仿真模型、观察仿真效果的方式，证实了本课题所提出的设计方案的有效性。
关键词：高速数字；电路设计；信号完整性1高速数字电路的概念分析高速数字电路指的是信号在高速变化和电路模拟特性的情况下发生变化的电路，其模拟特征主要包括电容、电感等。
高速数字电路主要包括总参数系统和分布参数系统两部分，其中总参数系统中的电流与电压都不会受到其它因素影响，因此在信号日常传输的过程中不会出现畸形问题。
现阶段，分布参数系统已经在数字电路设计过程中得到了广泛应用，同时取得了很好的应用效果，该系统的主要优势是：设计与其实际运行情况接近，并充分考虑了信号传输过程的影响因素。
2信号的完整性简单来说，信号的完整性实质上指的就是信号在电路中传输的质量，信号的传输路径可以是金属线、光学器件，或者其他媒介物质等。
当信号完整性良好时，信号在需要的时候具备其需要达到的电压电平均值。
但在实际中，信号往往会受到各种因素影响，从而造成信号完整性变差。
其中最为常见的信号完整性问题便是信号反射噪音问题。
3数据的高速采集与处理技术要点分析如图1所述的数据采样与处理过程示意图，要想实现数据的高速采集与处理，就必须使检测装置、信号线、数据处理单元都能够满足相应速度的工作条件。
以常用的电流或电压传感器为例，其响应时间就代表着它能够多快的响应外部激励，也就决定着其多能实现的最高采样速度。
所以要想获得有效的高速数据首先要从检测装置选型做起。
图1数据采样与处理过程示意图信号线对信号质量有着重要的影响，尤其在高频以及恶劣的电磁环境下。
所以要选满足对应频率、屏蔽条件、阻抗特性的信号线，以保证信号质量，确保数据的正确性。
第五章 传输线理论
z
则： z U ( z) U 2 I 2 Z 0 ez U 2 I 2 Z 0 ez
2
2
o
（365.9）27
I ( z) U 2 I 2 Z 0 ez U 2 I 2 Z 0 ez
2Z0
2Z0
33 26
（5.10） 也可改写为：U (z) U 2 coshz I2Z0 sinh z
中的场强为
E 、H
：而
b
两导体间的电位差： U E dl a
内导体中的电流： I H dl C
2019/9/4
17
z
如图：设同轴线单位长度带电 根据高斯通量定理： E dS
l
q
S
分析： 电荷只与r变量有关 ，所 以，电场 强度E 也只与r有关。 E er E(r)
dz 2
2U
0
d 2I 2I 0
dz 2
（5.4）
16
此方程常被称为均匀传输线波动方程。 两个方程相似。
2019/9/4
8
1、通解：
d 2U dz 2
2U
0
d 2I dz 2
2I
0
解方程得：
I1
Zg
+
Eg ～
U1
-
z0
o
z
z
l
I (z)
I2
+ Zl
U2 -
z
G jC
9
２、特解：
I1
I(z)
I2
（１）、已知终端电压 U 2和电流 I2 时的解：Zg
+
U Eg ～
电子设计中的信号完整性分析
电子设计中的信号完整性分析在电子设计过程中，信号完整性分析是非常重要的一部分。
信号完整性是指在信号传输过程中保持信号的准确性、稳定性和可靠性，确保信号不会失真或受到干扰。
在现代高速电子设备和系统中，信号完整性分析变得尤为关键，因为高速信号传输会受到许多因素的影响，如信号衰减、延迟、串扰和反射等问题。
信号完整性分析最常见的方法之一是使用传输线理论。
在高速信号传输中，信号被视为在传输线上传输的电磁波，传输线上的阻抗、衰减、延迟等参数都会影响信号的传输质量。
因此，通过对传输线的参数进行建模和仿真，可以帮助设计工程师分析和优化信号的传输性能。
另外，时域分析和频域分析也是信号完整性分析的重要工具。
时域分析可以用来研究信号在时间轴上的波形变化，包括上升时间、下降时间、峰值电压等参数；而频域分析则可以用来研究信号在频率域上的频谱信息，包括频率响应、谐波失真等参数。
通过时域分析和频域分析，设计工程师可以更全面地了解信号的特性和传输过程中可能出现的问题。
除了传输线建模和时频域分析，设计工程师还可以通过仿真软件进行信号完整性分析。
仿真软件可以模拟不同信号在设计电路中的传输过程，帮助工程师快速找出潜在的问题并优化设计方案。
通过仿真软件，设计工程师可以对不同参数进行调整，如传输线长度、阻抗匹配、信号的波形和频谱，以达到最佳的信号完整性。
此外，设计工程师在进行信号完整性分析时还需要考虑一些其他因素，如接地设计、功率分配、EMI（电磁干扰）和ESD（静电放电）等。
这些因素都可能会对信号的传输过程造成影响，设计工程师需要综合考虑这些因素，以保证信号的可靠传输和稳定性。
总的来说，在电子设计中的信号完整性分析是保证高速电子系统可靠性和稳定性的关键步骤。
通过传输线建模、时频域分析、仿真软件以及综合考虑其他因素，设计工程师可以找出潜在的问题并优化设计方案，确保信号的准确传输和稳定性，从而提高电子系统的性能和可靠性。
通过不断学习和应用信号完整性分析的方法，设计工程师可以更好地应对日益复杂的电子系统设计挑战，推动电子科技的发展。
高速数字电路中的信号完整性分析
中图分类号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３ 文献标识码 ： Ｂ
Ｓ ｇ ｌｉ ｅ ｒｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ｇ ｐｅ ｄ ｉ ｎａ ｎｔ ｇ ｉｙ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｈｉ ｈ ｓ ｅ
ｄｉ ｔ ｌｃ ｒ ｕｉ ｇｉａ ｉ ｃ ｔ
Ｃ ｅ ｇ １０ ４） ｈ ｎ Ｄｕ６ ０ ５
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｓｔ ｅ ｅｅ ｔ ｎ ｃ ｐ ｏ ｕ ｔｕ ｃ ａ ｉ ｇ ｒ ｎ ｗａ ｉ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｌｃｒ ｉ ｒ ｄ ｃ ｎ ｅ ｓ ｅ ｅ ｌ ｔ ｏ ｎ ｓ￣ｅ ｕ ｍｃ ｒ ｎ ｏ ｅ ｈｇ ｎ ｒ ｄ ｃ ｙ ｔ Ｈ １ｎ ｏ ｅ ｑ ｅ ｙ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍ ｒ ｉ ｈ ａ ｄ ｐ ｏ ｕ ｔｓｓｅ ｌ １ ｒ
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，
ｍ ｉ ａｕｒｚ ｔｏ ｓｇ ｌ ｎ ｅ ｒｔ ｓｕｅ ｃ ｅ ｍ ｏｒ ｎｄ ｍ ｏｒ ｍ ｐ ｔ ｔ ｉｃ ｓｉ ｅ ｅｃｉｎ，ｒ ｓｔ ｋ ｎ ｏｔ ｒｓｇ ｌ ｎｉｔ ｉａ ｎ，ｉｎａ ｉ ｔ ｇｉｙ ｉ ｓｂｅ ｏｍ ｉ ｓ ｅａ ｅ ｉ ｏｒａ Ｄ ｓ ｕ ｓｏｎ ｏｆｒ ｆ ｔｏ ｃ ｏ ｓａ ａ ｄ ｈｅ ｉｎａ ｎ ｌ ｌ
－ 要 Ｊ
２ｏ１１９ ．
Ｄｅ ｉ ＆ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｇｎ ｓ ａｃ
什么是电路中的传输线和信号完整性
什么是电路中的传输线和信号完整性电路中的传输线和信号完整性是现代电子系统设计中非常重要的概念。
随着高速数字信号的广泛应用，特别是在计算机、通信和消费电子领域，传输线和信号的完整性对系统性能和可靠性至关重要。
一、传输线的概念和特点传输线是指用于传输电信号的导线或导体，可以是金属线、微带线、光纤等。
在电路中，当信号的频率高于直流或低频范围时，传输线的特性就会得到显现。
传输线的特点主要包括以下几个方面：1. 波速：传输线上的信号传播速度称为波速，它与传输线的物理特性有关。
传输线上的电信号不是同时到达终端的，而是以波的形式传播，波速决定了信号的传输延迟。
2. 传输延迟：传输延迟是指信号从发送端到接收端所需的时间。
传输线的长度、介质特性和波速等因素都会影响传输延迟。
在高速系统中，传输延迟需要严格控制，以确保信号的同步和准确性。
3. 阻抗匹配：传输线和信号源、负载之间的阻抗匹配是保证信号完整性的关键。
阻抗不匹配会产生信号反射和损耗，导致信号失真和能量浪费。
4. 传输损耗：传输线中的电阻、电感和电容等因素都会导致信号的衰减，造成传输损耗。
在设计传输线时，需要合理选择导线的材料、尺寸和布局等，以降低传输损耗。
二、信号完整性的重要性和挑战信号完整性是指信号在传输过程中保持原来的形状和特性，不受任何失真或损耗的影响。
在高速数字系统中，信号完整性对数据的正确读取和传递至关重要。
信号完整性的破坏会导致如下问题：1. 信号失真：高速信号在传输线上会受到多种因素的影响，如噪声、串扰、反射等，从而导致信号的形状和幅度发生变化。
信号失真会导致数据错误、时序偏移和时钟抖动等问题。
2. 时序偏移：由于传输线上信号的传播延迟，信号到达接收端的时间可能会发生偏移，造成时序错误。
在时序要求严格的系统中，即使微小的时序偏移也可能导致系统性能下降甚至故障。
3. 时钟抖动：传输线上的噪声和干扰会引起时钟信号的抖动，这会严重影响系统的稳定性和时序准确性。
高速信号与信号完整性
什么是高速数字信号？高速数字信号由信号的边沿速度决定，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号，而高频信号是针对信号频率而言的。
高速电路涉及信号分析、传输线、模拟电路的知识。
错误的概念是：8KHz帧信号为低速信号。
多高的频率才算高速信号？当信号的上升/下降沿时间< 3~6倍信号传输时间时,即认为是高速信号.对于数字电路，关键是看信号的边沿陡峭程度，即信号的上升、下降时间,信号从10%上升到90%的时间小于6倍导线延时,就是高速信号!即使8KHz的方波信号,只要边沿足够陡峭,一样是高速信号,在布线时需要使用传输线理论。
信号完整性研究：什么是信号完整性?时间:2009-03-11 20:18来源:sig007 作者:于博士点击: 1813次信号完整性主要是指信号在信号线上传输的质量，当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。
当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题，信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。
一般认为，当系统工作在50MHz时，就会产生信号完整性问题，而随着系统和器件频率的不断攀升，信号完整性的问题也就愈发突出。
元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。
1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。
信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。
主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。
常见信号完整性问题及解决方法：问题可能原因解决方法其他解决方法过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面过大的串扰线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源时延太大传输线距离太长替换或重新布线, 检查串行端接头使用阻抗匹配的驱动源, 变更布线策略振荡阻抗不匹配在发送端串接阻尼电阻2、什么是串扰（crosstalk）？串扰（crosstalk）是指在两个不同的电性能之间的相互作用。
传输线理论
传输线理论
传输线理论是电磁学的重要研究主题，它涉及到信号的记录、传输和处理等方面的应用。
传输线理论的起源可以追溯到上个世纪初期，当时美国波斯顿大学的研究团队开展了关于信号传播的研究，构建了传输线理论的基础。
传输线理论的基本概念是，信号经过一条传输线时由于传输性质的变化而发生改变。
传输线指在两个点之间连接的电磁媒体，可以是绝缘体或传导体。
这种改变可以由一系列数学方程来描述，称为传输线方程。
传输线方程可用来计算信号在一条传输线上的传播特性，从而更好地设计传输系统。
传输线理论由多个方面构成，通常包括电路理论、集成电路和微波技术，主要关注信号传播以及其所形成的定向电场和磁场，以及在磁场中反射和衍射变化的特性。
传输线理论有许多应用，有些应用是被用来辅助卫星信号传输和雷达信号传输，广泛应用于电信和电视行业，它们用于信号传输和接收设备的设计。
此外，传输线理论也被应用于生物医学，可以用来研究脑信号传播的传输特性。
传输线理论在电子产品的设计中起着重要作用，它考虑了许多因素，包括电子元件的损耗、环境的干扰和信号的路径延迟等，这些都可能影响信号的传播特性。
传输线理论提供了一系列方法来降低这些影响，例如使用外加电容和电抗器来减少电抗器的损耗，从而提高信号传输的效率。
传输线理论在不断发展和发展，在现代电子产品中得到了应用。
它不仅可以促进传输和接收信号的质量，还可以缩短传输时间，并提供更高的传输速率。
随着技术的发展，各种传输线理论的应用也会越来越广泛，未来的发展将取决于人们对传输线理论的深入研究。
高速数字设计与信号完整性总论PPT课件
（skew）。 • 非理想因素会产生不必要的偏移，从而限制了
源同步总线频率。 • 源同步总线中飞行时间不再是相关因素。 • 保证锁存信号与数据信号的一致是比较好的，
这样会减少两者之间的偏移。
22
Noise
• 单个网络的信号质量 • 串扰 • 电地之间电压跌落 • 来自系统或元件的电磁干扰
这限制了共用时钟总线的工作频率
18
源同步
19
Tsetup
T se m a tir u n ( g T c ps o t r T fo l stb t r T e d o ) e - ( b T c le a d o y a T ftl d a t) - a T ste atup
T vb T coda t(a T costr oT b dee)lay
4
电子产品的趋势
• 时钟频率 • 边沿速率 • 密度 • 电源 • 功耗 • 上市周期
5
每两年翻一番！！
时钟频率
晶体管特征尺寸的持 续减小，上升边必然 持续减小且时钟频率 必须持续提高
6
边沿速率
芯片制造厂总是采用更低成本，更好特性的生产过程，故生产出 来的芯片上升沿更短
7
高速概念
• 高速信号 频率大于50MHz 上升沿Tr< 6Tpd
• 高速设计
经验法则：对于上升沿为1ns的信号，PCB线长超过1inch，就必 须考虑传输线效应，采用高速设计理念
8
9
• 转折频率
信号带宽
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HW 工程师掌握高速设计的必要性
高速设计与硬件研发的每一个环节相关
• 系统工程师