信号参考电源层的仿真分析

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信号完整性仿真流程

信号完整性仿真是一种通过计算机辅助工程(CAE)软件模拟电子系统中信号质量的过程，主要关注的是高速数字信号在传输过程中受到的各种干扰对信号质量的影响。简要流程如下：

1. 模型建立：根据设计需求，创建电路板、连接器、电缆等模型，并定义元器件参数及互连结构。

2. 设置边界条件：设定电源网络、信号激励（如上升沿、下降沿、数据眼图等）、负载条件等边界条件。

3. 选择仿真类型：进行瞬态仿真分析信号时域行为，如延时、振铃、过冲等；进行频域仿真分析信号频谱特性，如插入损耗、串扰、反射系数等。

4. 执行仿真：运行仿真软件，计算并输出仿真结果，如眼图、时序图、S参数等。

5. 结果分析：解读仿真结果，评估信号完整性是否满足设计要求，如是否满足建立保持时间、是否存在严重的噪声干扰或信号衰减等。

6. 优化设计：根据仿真结果对设计方案进行优化调整，如调整布线拓扑、添加端接电阻、优化电源/地平面布局等，然后再进行仿真验证，直至满足信号完整性要求。

《信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计》

信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计

1简介

信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。在讨论信号完整性设计性能时，如指定不同的收发参考端口，则对信号还原程度会用不同的指标来描述。通常指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点，此时对信号还原程度主要依靠上升/下降及保持时间等指标来进行描述。而如果指定的参考收发端口是在信道编码器输入端及解码器输出端时，对信号还原程度的描述将会依靠误码率来描述。

电源完整性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。同样，对于同一系统中同一个器件的正常工作条件而言，如果指定的端口不同，其工作电源要求也不同（在随后的例子中将会直观地看到这一点）。通常指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点，此时该芯片的产品手册应给出该端口处的相应指标，常用纹波大小或者电压最大偏离范围来表征。

图一是一个典型背板信号传输的系统示意图。本文中“系统”一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件，包括芯片、封装与PCB板的物理结构，电源及电源传输网络，所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。从设计目的而言，需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构；需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。

图1 背板信号传输的系统示意图

在本文的以下内容中，将会看到由于这些支撑与互联结构对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减，从而会使设计者产生对信号完整性及电源完整性的担忧。而不同传输协议及不同数据内容的表达方式对相同传输环境具备不同适应能力，使得设计者需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。

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。

用于集成电路信号完整性分析的仿真方法

用于集成电路信号完整性分析的仿真

方法

摘要：随着集成电路技术的飞速进步，信号完整性分析变得越来越重要。信号完整性分析是指为保证信号在设计预期的时间内到达目标点并保持一定的质量的过程。为了达到这个目标，需要对电路中的信号进行仿真分析，以发现和解决潜在的信号完整性问题。本文介绍了现代集成电路信号完整性分析的观点和仿真方法，包括电源噪声分析、阻抗匹配与反射分析、时序分析等。同时，本文还简要探讨了仿真工具的应用和通用电路设计流程。

关键词：集成电路；信号完整性；仿真方法；电源噪声；阻抗匹配；反射分析；时序分析；仿真工具；通用电路设计流程。

I. 前言

随着集成电路技术的不息进步，目前的芯片集成度已高达几十亿个，更多的器件被集成在一个芯片上。在此背景下，当信号在IC晶片上传播时，信号完整性的问题变得越来越重要。信号完整性意味着信号在设计预期的时间内到达目标点并保持一定的质量。实现这个目标需要进行电路参数仿真，以确保在设计中不会出现潜在的信号完整性问题。

本文将介绍，这些方法包括电源噪声分析、阻抗匹配与反射分析、时序分析等。本文将还将简要讲解仿真工具的应用和通用

电路设计流程。

II. 信号完整性观点

信号完整性是指保证信号在设计预期的时间内到达目标点并保持一定的质量的过程。信号完整性是集成电路设计的重要思量因素之一，因为信号完整性问题的出现可能会使电路失效，导致重大影响。当信号在IC晶片上传播时，一些传输媒介效应、耦合效应、意外反射和其他一些信号完整性问题往往会导致信号完整性失效。

III.

随着集成电路技术的不息进步，信号完整性分析的仿真方法也越来越成熟。下面将介绍现代集成电路信号完整性分析的主要仿真方法。

PCB信号仿真

PCB（Printed Circuit Board）是电子产品中非常重要的组成部分。在PCB的设计过程中，信号仿真是一个必不可少的步骤。它可以模拟信号在电路板上的传播情况，帮助设计人员更好地了解信号的性能，优化电路板的设计，保证电路板的可靠性和性能。本文将介绍PCB信号仿真的基础知识、常见问题以及如何优化电路板设计。

一、PCB信号仿真的基础知识

1. 信号仿真的定义和作用

信号仿真是指通过数学模型和仿真工具，模拟电路板上信号的传输、影响和失真等情况。通过信号仿真，设计人员可以了解信号的传播路径、传播时延、噪声、交叉耦合等信号特性，帮助优化电路板的设计和性能。

2. 信号仿真的工具和方法

在PCB信号仿真中，常用的工具有电磁场仿真软件、电路仿真软件和PCB设计软件。其中，电磁场仿真软件可以分析电磁波在电路板、射频器件、天线等之间的传播情况；电路仿真软件可以

模拟电路板上各个部件之间的连接和作用；PCB设计软件可以实现布线、铺铜等操作，并生成电路板的设计文件。

在仿真方法上，常用的有SPICE模拟法、电磁场有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）等。其中，SPICE模拟法是一种基于电路分析的仿真方法，可以模拟电路板上各部件的电性能；FEM和FDTD则是一种基于电磁场分析的仿真方法，可以模拟电磁场的传输情况。

3. 信号仿真的应用范围

在电子产品中，信号仿真可以应用于各个领域。比如，在射频领域，信号仿真可以帮助设计人员分析天线和射频器件之间的传输情况，优化射频电路的设计和性能。在数字信号处理领域，信号仿真可以帮助设计人员优化数据传输的质量和速度。在电源电路设计中，信号仿真可以帮助设计人员优化电源的稳定性和能效。

五款信号完整性仿真分析工具

SI五款信号完整性仿真工具介绍

(一)Ansoft公司的仿真工具

现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。

Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题：

SIwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。

该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。

它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿真器。

(二)SPECCTRAQuest

Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块：

Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。

该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。

电路板级的信号完整性问题和仿真分析

摘要：今天随着电子技术的发展，电路板设计中的信号完整性问题已成为PCB设计者必须

面对的问题。信号完整性指的是什么？信号在电路中传输的质量。由于电子产品向高速、微

型化的发展，导致集成电路开关速度的加快，产生了信号完整性问题。常见的问题有反弹、

振铃、地弹和串扰等等。这些问题将会对电路板设计产生怎样的影响？通过理论分析探讨，

找到解决它们的一些途径。传统的PCB设计是在样机中去测试问题，极大的降低了产品设计

的效率。使用EDA工具分析，可以将问题在计算机中进行暴露处理，降低问题的出现，提高

产品的设计效率。这里以Altium Designer 6.0工具为例，介绍分析解决部分信号完整性问题

的方法。

关键词：信号完整性 Altium Designer 6.0 仿真分析

[中图分类号] O59 [文献标识码] A [文章编号] 1000-7326（2012）04-0125-03

20世纪初叶，科学家先后发明了真空二极管和三极管，它代表人类进入了电子技术时代。

随后半导体晶体管和集成电路的出现，将电子技术推向了一个新的时期。特别是IC芯片的发展，使电子产品越来越趋向于小型化、高速化、数字化。但同时却给电子设计带来一个新的

问题：体积减小导致电路的布局布线密度变大，而同时信号的频率也在迅速提高，如何处理

越来越快的信号。这就是我们硬件设计中遇到的最核心问题：信号完整性。为什么我们以前

在学校学习和电子制作中没有遇到呢？那是因为在模拟电路中，采用的是单频或窄频带信号，我们关心的只是电路的信噪比，没有去考虑信号波形和波形畸变；而在数字电路中，电平跳

使用PSpice for TI仿真复杂的模拟电源和信号链电路

人们通常期望硬件工程师能在紧迫的项目时间内交付成果。电路和系统设计人员必须使用一切工具来构建精确、可靠工作的设计方案，使其在第一次运行表现良好。为了满足这些需求，加之如今不断变化的办公环境，意味着可以在家或远程操控的电路仿真和验证工具比以往任何时候都更具价值。

我们发现，工程师正在缩减设计的原型设计和评估阶段。某些情况下，他们会直接使用最终的印刷电路板（PCB），但大家都希望能降低电路错误的风险。为此，德州仪器针对高性能、全功能模拟仿真平台的日益增长的需求，与Cadence一同推出了PSpice® for TI，为业内标准OrCAD Pspice环境的全功能版本，使器件评估和在验证时模拟整个子系统变得更容易。

首先，为什么要使用SPICE仿真？

数十年来，以集成电路为重点的仿真程序（SPICE）一直在帮助工程师解决硬件设计问题。电路仿真有三种主要用例：

· 器件评估。有时甚至在实际器件或应用电路实际可用之前，就可测量特定产品在特定应用中的性能。

· 验证设计。构建物理原型之前，构建和仿真复杂的电路板级和系统级设计能让工程师对其电路充满信心，并缩短设计时间。设计验证包括在最坏情况下仿真电路运行的能力，以及产品在温度、极端电压和器件容差等参数发生变化时确保能够正常运行。

· 设计调试。如果设计效果不如预期，工程师通常会通过仿真来解决系统中的问题或漏洞。无需重新加工和测试实际PCB，

SPICE仿真也可找到并初步测试电路修复情况。

利用PSpice for TI，通过电路仿真的能力来完成这些任务可帮助您缩短开发时间并推动产品快速上市。基于计算机的仿真具有固有优势。例如，如今在家办公更为普遍，使用仿真意味着您可在任何地方的项目上取得重大进展。您也无需等待零件、PCB或实验室设备，只需建立您的仿真测试台即可。

电源的信号完整性分析流程

同步开关输出（SSO）引起的同步开关噪声（SSN）一直是信号完整性（SI）领域几十年来的热门话题（见下图）。一些人认为只有使用晶体管级模型的SPICE仿真才能提供DDR4等存储器接口所需的精度，以仿真在地址和数据总线上同时驱动多个信号。而即使使用SPICE仿真器和晶体管级模型，互连模型也需要包括信号、电源和地之间相互作用的细节。有些人认为这种模型只能使用矢量网络分析仪（VNA）从物理测试平台中提取。但是，如果您用一块生产好的PCB来执行物理模型提取，那幺您已经处于产品开发周期晚期了，而大多数设计团队都希望在设计周期的早期进行这些仿真，以帮助优化电源分配网络、信号布线和内存控制器选择。

Cadence® Sigrity™团队一直在推广兼顾电源的信号完整性分析方法。现在，我们又有了一些新的成果。然而，在进一步讨论之前，您可能需要花一些时间来阅读我们的白皮书“应对’兼顾电源’挑战的内存接口设

计”(https://cadence/content/dam/cadence-www/global/en_US/documents/tools/ic-package-design-analysis/sigrity-power-aware-tp.pdf)，从而了解一下我们的流程。

这篇白皮书回顾了兼顾电源的信号完整性分析流程，该流程提取了系统的互连模型（如封装模型、PCB模型、连接器模型等），然后将它们与IBIS （5.0+）器件模型级联，组成时域仿真系统。Sigrity SystemSI™多年来一直

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。

电气设计仿真分析报告

一、引言

电气设计是现代工程领域中不可或缺的一项工作。为了确保电气系统的安全性、可靠性和高效性，进行仿真分析是必不可少的一步。本报告旨在对一款新型电气系统进行仿真分析，并给出相应的性能评估。

二、系统概述

该电气系统是一个用于工业生产的自动化控制系统。整个系统包含电源模块、传感器模块、执行器模块和控制器模块四个主要部分。电源模块提供系统所需的电能；传感器模块用于采集各种物理量；执行器模块根据控制信号执行相应的动作；控制器模块负责对传感器信号进行处理，并发出控制信号给执行器模块。

三、仿真分析方法

为了评估该电气系统的性能，我们采用了仿真分析的方法。具体步骤如下：

1. 收集系统设计参数和规格要求。

2. 根据参数和要求，建立系统的数学模型。

3. 选择合适的仿真工具，并进行系统的仿真模拟。

4. 分析仿真结果，并评估系统的性能。

5. 根据评估结果，优化系统设计。

四、仿真结果与分析

经过建模和仿真，我们得到了该电气系统在不同工况下的性能表现，并进行了相应的分析。下面是其中几个重要指标的仿真结果和分析：1. 响应时间

通过模拟给定一系列输入信号，我们得到了系统的响应时间。根据实验结果，系统的平均响应时间为10毫秒。这表明系统具有较好的响应速度，可以满足工业生产中对实时性要求较高的场景。

2. 稳定性

我们采用了Bode图法对系统的稳定性进行了评估。结果显示，在系统的工作频率范围内，系统的幅频特性和相频特性都满足要求，并且没有出现明显的相位延迟和幅值衰减。这说明该电气系统具有较好的稳定性。

3. 能耗

RF、高速信号在设计时,参考平面一定是地吗

RF、高速信号在设计时，参考平面一定是地吗

关于参考平面的问题经常让人困惑，电源平面能不能做参考平面？关于这个问题，答案是肯定的。首先，电源平面是可以作为参考平面的，常见的6层板一般都采用电源层作为DDR信号的参考平面，这种设计基本都不会迟疑。我们要弄清的就是电源平面是否可以作为RF

信号，高速信号的参考平面？下面关于这个问题为大家提供一些见解与思路。

01.什么是参考平面？

参考平面，顾名思义，就是一个平面。如何理解这个平面，首先要了解传输线的概念。我们都知道，必须使用传输线来分析PCB上的信号传输来解释高速电路中的各种现象。最简单的传输线包括：信号路径和参考路径（也称返回路径）。信号在传输线以电磁波的形式传输，信号路径及参考路径构成了电磁波的传输环境；从电流回路的角度讲，信号路径承载信号电流，参考路径承载返回电流，因此参考路径也称返回路径。

就PCB上层走线而言，走线和下面的平面层构成了电磁波传输的物理环境，信号路径是表层走线，所以下面的平面就是参考路径。对于PCB上这一特殊结构，参考路径是以平面的形式出现的，所以也叫参考平面。这里和走线下面的平面是什么网络属性都无所谓，VCC、GND、设置是没有网络的孤立铜皮也可以，关键在于下面的平面是导

体这就行了。

下图是表层走线的场分布和电流分布。

内层走线来说，走线、上方平面、下方平面构成了电磁波传输的物理环境，所以上下两个平面都是信号的参考路径，也就是参考平面。下图显示了内层走线的场分布和电流分布图，从图中能够清楚看到，如果两个平面与走线的距离近似相等，那么两个返回电路也近似相等，此时两个平面同样重要，这样就不难理解内层走线的上下两个平面都是参考平面了。

ADS信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计

ADS（Advanced Design System）是一种强大的电子设计自动化（EDA）软件，用于电路和系统级设计。在电路设计中，信号完整性（SI）和电源

完整性（PI）是非常重要的因素。因此，进行ADS信号完整性和电源完整

性的仿真分析与设计是必不可少的。

信号完整性是指在高速数字信号传输的过程中，保持信号的完整性，

避免信号的损失和失真。电源完整性是指在高速数字电路中，保持电源电

压稳定和电源噪声控制在可接受的范围内。信号完整性和电源完整性在高

速数字设计中相互影响，因此需要进行综合的仿真分析和设计。

首先，进行ADS信号完整性仿真分析与设计。在进行信号完整性仿真时，主要考虑以下因素：

1.传输线特性：对于高速信号传输，传输线特性是非常重要的。可以

通过ADS中的传输线模型来模拟传输线参数，如阻抗、延迟等。通过仿真

分析传输线的特性，可以确定合适的传输线设计参数。

2.反射和串扰：在高速信号传输过程中，反射和串扰是常见的问题。

可以通过ADS中的S参数仿真来分析信号的反射和串扰情况。根据仿真结果，可以进行线路调整和匹配设计，减少反射和串扰产生的影响。

3.功耗和功耗分布：在高速数字设计中，功耗和功耗分布对信号完整

性有着重要的影响。可以通过仿真分析电路的功耗和功耗分布，根据仿真

结果进行优化设计，提高信号完整性。

同时，进行ADS电源完整性仿真分析与设计。在进行电源完整性仿真时，主要考虑以下因素：

1.电源电压稳定：在高速数字电路中，电源电压的稳定性对电路性能有着重要的影响。可以通过ADS中的电源仿真模块来分析电源电压的稳定性，并根据仿真结果进行电源电路设计和优化。

高速电路中的信号完整性及仿真

１引言

现在的高速数字系统的时钟频率可能高达数百兆赫兹，其快斜率瞬变和极高的工作频率，以及很大的电路密集度，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，以及产生不正确的数据、地址和控制信号，从而造成系统误工作甚至导致系统崩溃，因此印刷电路板布线前的仿真显得非常重要。

２信号完整性

信号完整性（ＳｉｇｎａｌＩｎｔｅｇｒｉｔｙ，简称ＳＩ）是指信

号线上的信号质量。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。主要的信号完整性问题包括反射、振铃、地弹、串扰等。

源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源端阻抗，反射电压为负；反之，如果负载阻抗大于源端阻抗，反射电压为正。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的不连续等因素的变化均会导致此类反射。信号的振铃和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起，振铃属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。信号完整性问题通常发生在周期信号中，如时钟等。

振铃和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的，振铃可以通过适当的端接予以减小，但是不可能完全消除。在电路中有大的电流涌动时会引起地弹。振铃和地弹都属于信号完整性问题中单信号线的现象，串扰则是由同一ＰＣＢ板上的两条信号线与地平面引起的，故也称为二线系统。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。ＰＣＢ板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。表１列出了高

电源完整性和地弹噪声的高速PCB仿真

电源完整性与地弹噪声的高速PCB仿真随着信号的沿变化速度越来越快，今天的高速数字电路板设计者所碰到的咨询题在几年前瞧来是不可想象的。关于小于1纳秒的信号沿变化，PCB板上电源层与地层间的电压在电路板的

各处都不尽相同，从而碍事到IC芯片的供电，导致芯片的逻辑错误。为了保证高速器件的正确动作，设计者应该消除这种电压的动摇，维持低阻抗的电源分配路径。

为此，你需要在电路板上增加退耦电容来将高速信号在电源层和地层上产生的噪声落至最低。你必须明白要用多少个电容，每一个电容的容值应该是多大，同时它们放在电路板上什么位置最为适宜。一方面你可能需要许多电容，而另一方面电路板上的空间是有限而贵重的，这些细节上的考虑可能决定设计的成败。

反复试验的设计方法既耗时又贵重，结果往往导致过约束的设计从而增加不必要的制造本钞票。使用软件工具来仿真、优化电路板设计和电路板资源的使用情况，关于要反复测试各种电路板配置方案的设计来讲是一种更为实际的方法。本文以一个xDSM(密集副载波多路复用)电路板的设计为例讲明此过程，该设计用于光纤/宽带无线网络。软件仿真工具使用Ansoft的SIwave，SIwave基于混合全波有限元技术，能够直截了当从layout工具

CadenceAllegro,MentorGraphicsBoardStation,SynopsysEncore和ZukenCR-5000BoardDesigner导进电路板设计。图1是SIwave中该设计的PCB幅员。由于PCB的结构是平面的，SIwave能够有效的进行全面的分析，其分析输出包括电路板的谐振、阻抗、选定网络的S参数和电路的等效Spice模型。

信号模型仿真分析

1．信号模式

将含有信息的数字信号从一点正确地传递到另一点(Signaling),是数字系统设计中的重要环节,信号模式包括驱动端(将每个数字比特位译码并量化为电压或电流)、传输介质及接收端(将接收到的模拟信号再还原为数字信号)三部分(图1)。

这三个部分有不同的设计要求。驱动端设计包括输出阻抗、信号摆率、发送信号功率以及信号带宽等方面，其中输出阻抗是驱动器设计的重要指标。高阻输出提供电流驱动模式而低阻输出提供电压驱动模式，电流驱动与电压驱动相比可以较好地隔离本地供电电源，因而能够减小电源噪声的影响。传输介质包括封装管脚、PCB连线、同轴缆等，为信号传递提供一定带宽的传输路径。在接收端设计中主要考虑如何提供接收参考，例如从接收端电源获得还是由发送端提供。

目前已有多种信号接口标准（图2），例如LVTTL、PECL、LVDS、CML等，其中LVTTL、PECL 为电压驱动模式,LVDS为电流驱动模式，它们的电平阈值、信号摆率均不相同。

随着接口频率的提高及互连复杂度增加，还在不断设计或改良收发电路。在某种程度上，信号模式的选择和性能决定了系统的可靠性、速度和功耗，已成为数字系统设计的重要内容。

2．信号传输及分析

数字信号属于广谱信号，根据傅里叶分析，其中包含丰富的高频分量，通常取截止带宽为BW=0.35/Tr。信号传输本质上是电磁场能量的传输过程，可以根据输入信号的频率特性判断传输时的工作状态。频率较低时，电路体现出集总参数特性，电压或电流传播满足电动势作用下的电流规律，可以根据欧姆定律和基尔霍夫定律进行分析。在频率较高时，例如当工作波长和线长度可比拟时，信号以行波方式传播，行波的能量形式体现为电磁波形式，且在导体引导下传播。工作频率更高时，电磁波能量形式也更为明显，能量以波导或辐射方式传播。在集总参数电路和微波领域之间是信号完整性分析所关注的地方(但没有明确的界限)。此时信号以TEM方式传播,连线呈现传输线特性,可用分布参数(RLGC)或者S参数描述。根据分布参数可知道传输线特征阻抗Zo、传播常数γ、衰减、相移等特性。而当频率较高时，采用S参数方法更为直观。反射是传输线的基本效应,在阻抗不连续的地方都会发生反射，传输线上任一点上看到的信号由入射和反射信号叠加而成。在高速设计中,反射噪声会增加信号延时，引起过冲以及振铃现象。反射分析可使用Lattice反射图或者Bergeron图等方法,但随着拓扑及负载条件复杂度增加,手工分析已不可行,信号完整性分析工具提供的分析手段将帮助我们解决这些设计问题。