信号完整性
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电感的物理基础
•
另外，如果两根电源线中电流的方向
是同向的，则需增大它们之间的距离，以
减小互感，这样净电感会小些，开关噪声
就会小些。例如大功率芯片PCB 板上的裸焊
盘和对应封装焊盘之间使用两条键合线，
这两条键合线离得越近的话，开关噪声会
越大。（但是由于使用的是两条线的并联，
不算互感的话，支 路电感只有原电感的一
定了回路电流变化时支路两段的感应电压 的大小，例如回路存在两条支路，其中一 条是另一条的返回电流路径， 在返回路径 上所产生的电压噪声为地弹，那么回路的 有效电感决定了地弹噪声的大小。
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电感的物理基础
• 注： 地弹与轨道塌陷的区别： 轨道塌陷指的是，在电源分配系统中，电源与地之间存在 一定的电感、电容及电阻，当外界电压变化时，例如，开关门 的转换，在电源与地之间就会存在一定的压降，这样会影响到 电源对芯片的供电电压的减小。它主要指芯片供电系统中，芯 片能否获得有效的供电电压，例 如加去耦电容，可以减小一定 频率下的电源与地间的阻抗，去耦电容也可以这样理解，在时 间段Δt内，去耦电容可以为芯片提供一定的电荷量。 地弹是返回路径中两点间的电压，它是由回路中电流变化而 产生的。地弹是开关噪声和EMI的主要原因，主要与回路的总电 感有关。减小地弹噪声 可采用两种方式：通过使用短且宽的互 连线以减小返回路径的局部电感，以及将电流和其返回路径尽 量靠近以增大两支路间的互感。
3Байду номын сангаас
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。
半，所以即使存在互感，支路净电感仍会
比原来小）。
12
电感的物理基础
•
还有一个例子，如下图，去耦电容两端打过孔时，要尽
量使S2大，而使S1小，这样每个过孔的净电感将降低，从而
焊盘到平面间的有效电感和轨道塌陷 电压也会减小。
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电感的物理基础
• 四、电源分布系统（PDS）和回路电感 前面已经提到过轨道塌陷的概念，加去耦电容
4
时域与频域
• 1、传输线有两种损耗机理：导体损耗和介质损耗。 这两种损耗对高频分量的衰减大于对低频分量的衰 减。下图为信号通过FR4板上50Ω、4in长的传输线时 测得的衰减。
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时域与频域
• 2、这种选择性的衰减会使信号的带宽降低， 使其上升时间增加。下图为上升时间为50ps 的信号进入FR4板上36in长的传输线时输入输 出波形，其上升时间从50ps增加到1.5ns。
可以为芯片在Δt内提供一定的电荷量，所需电容 大小可计算如下：
C=1/0.05×P/V2×Δt 0.05表示允许的5%的压降； Δt表示电荷从电容器逸出的时间，单位为s； C表示去耦电容器的电容，单位为F； V表示轨道电压，单位为V； P表示芯片的功耗，单位为W。
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电感的物理基础
•
例如：一芯片工作电压为3.3V，允许的波
动为5%，功耗为1W，则C=2×Δt，如果稳压器
在10us内对电压不能做出反应的话，则至少需
要提供2×10us=20uF 的去耦电容，但是一般不
会使用单个的20uF的电容，因为电容会有一定
的寄生电感，在高频时它的阻抗较大，所以需
要并联多个电容，来提供20uF的电容量 并且
由于并联，电感会减小。所以在频率较高时，
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电感的物理基础
• 二、关于局部电感的一个结论： 当两个导线段间距远大于导线长度的时
候，两段导线的局部互感小于任一段导线 局部自感的10%，这时互感通常可以忽略不 计。例如，两个长20mil的 过孔，当它们的 间距大于20mil时，它们之间几乎没有什么 耦合。
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电感的物理基础
• 三、净电感及地弹 当相邻电流的方向相反时，有效电感决
1
概论
• 当时钟频率超过100MHz或上升边小于1ns时， 信号完整性响应变得非常重要。
• 1、信号完整性问题主要造成以下三种影响 和后果 a、时序 b、噪声 c、电磁干扰（EMI）
2
概论
• 2、所有与信号完整性噪声问题有关的效应 都与以下四类噪声源有关： A、单一网络的信号完整性 当信号沿一网络传播时，如果遇到阻抗 突变，则会产生反射和失真，信号受到的 阻抗变化有以下几种情况： a、线宽变化； b、层转换；
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 Eric Bogatin 著
• 9、局部互感：仅在某一段导线中有单位安培电流， 而其他地方无其他电流存在时，环绕在另一段导线周 围的磁力线匝数；
• 10、有效电感、净电感或总电感：当整个回路流过单 位安培电流时，环绕在一段导线周围的磁力线总匝数， 其中包括院子回路每一部分电流的磁力线；
• 11、等效电感：多个电感的串联或并联相对应的单个 自感的大小，其中包括互感的影响。
6
电感的物理基础
• 一、关于各种类型电感的定义： • 1、电感：流过单位安培电流时，环绕在导体周围的磁力线匝数； • 2、自感：导体中流过单位安培电流时，环绕在该导体周围的磁力线匝数； • 3、互感：某一导体流过单位安培电流时，环绕在另一导体周围的磁力线
匝数； • 4、回路电感：流过单位安培电流时，环绕在整个电流回路周围的磁力线
匝数； • 5、回路自感：完整电流回路流过单位安培电流时，环绕在该回路周围的
磁力线总匝数； • 6、回路互感：某一完整电流回路流过单位安培电流时，环绕在另一回路
周围的磁力线总匝 数； • 7、局部电感：其他地方没有其他电流时，环绕在该段导体周围的磁力线
匝数；
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电感的物理基础
• 8、局部自感：仅在一端导线中有单位安培电流而在 其他地方无其他电流存在时，环绕在该 段导体自身 周围的磁力线匝数；
电感的物理基础
•
另外，如果两根电源线中电流的方向
是同向的，则需增大它们之间的距离，以
减小互感，这样净电感会小些，开关噪声
就会小些。例如大功率芯片PCB 板上的裸焊
盘和对应封装焊盘之间使用两条键合线，
这两条键合线离得越近的话，开关噪声会
越大。（但是由于使用的是两条线的并联，
不算互感的话，支 路电感只有原电感的一
定了回路电流变化时支路两段的感应电压 的大小，例如回路存在两条支路，其中一 条是另一条的返回电流路径， 在返回路径 上所产生的电压噪声为地弹，那么回路的 有效电感决定了地弹噪声的大小。
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电感的物理基础
• 注： 地弹与轨道塌陷的区别： 轨道塌陷指的是，在电源分配系统中，电源与地之间存在 一定的电感、电容及电阻，当外界电压变化时，例如，开关门 的转换，在电源与地之间就会存在一定的压降，这样会影响到 电源对芯片的供电电压的减小。它主要指芯片供电系统中，芯 片能否获得有效的供电电压，例 如加去耦电容，可以减小一定 频率下的电源与地间的阻抗，去耦电容也可以这样理解，在时 间段Δt内，去耦电容可以为芯片提供一定的电荷量。 地弹是返回路径中两点间的电压，它是由回路中电流变化而 产生的。地弹是开关噪声和EMI的主要原因，主要与回路的总电 感有关。减小地弹噪声 可采用两种方式：通过使用短且宽的互 连线以减小返回路径的局部电感，以及将电流和其返回路径尽 量靠近以增大两支路间的互感。
3Байду номын сангаас
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。
半，所以即使存在互感，支路净电感仍会
比原来小）。
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电感的物理基础
•
还有一个例子，如下图，去耦电容两端打过孔时，要尽
量使S2大，而使S1小，这样每个过孔的净电感将降低，从而
焊盘到平面间的有效电感和轨道塌陷 电压也会减小。
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电感的物理基础
• 四、电源分布系统（PDS）和回路电感 前面已经提到过轨道塌陷的概念，加去耦电容
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时域与频域
• 1、传输线有两种损耗机理：导体损耗和介质损耗。 这两种损耗对高频分量的衰减大于对低频分量的衰 减。下图为信号通过FR4板上50Ω、4in长的传输线时 测得的衰减。
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时域与频域
• 2、这种选择性的衰减会使信号的带宽降低， 使其上升时间增加。下图为上升时间为50ps 的信号进入FR4板上36in长的传输线时输入输 出波形，其上升时间从50ps增加到1.5ns。
可以为芯片在Δt内提供一定的电荷量，所需电容 大小可计算如下：
C=1/0.05×P/V2×Δt 0.05表示允许的5%的压降； Δt表示电荷从电容器逸出的时间，单位为s； C表示去耦电容器的电容，单位为F； V表示轨道电压，单位为V； P表示芯片的功耗，单位为W。
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电感的物理基础
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例如：一芯片工作电压为3.3V，允许的波
动为5%，功耗为1W，则C=2×Δt，如果稳压器
在10us内对电压不能做出反应的话，则至少需
要提供2×10us=20uF 的去耦电容，但是一般不
会使用单个的20uF的电容，因为电容会有一定
的寄生电感，在高频时它的阻抗较大，所以需
要并联多个电容，来提供20uF的电容量 并且
由于并联，电感会减小。所以在频率较高时，
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电感的物理基础
• 二、关于局部电感的一个结论： 当两个导线段间距远大于导线长度的时
候，两段导线的局部互感小于任一段导线 局部自感的10%，这时互感通常可以忽略不 计。例如，两个长20mil的 过孔，当它们的 间距大于20mil时，它们之间几乎没有什么 耦合。
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电感的物理基础
• 三、净电感及地弹 当相邻电流的方向相反时，有效电感决
1
概论
• 当时钟频率超过100MHz或上升边小于1ns时， 信号完整性响应变得非常重要。
• 1、信号完整性问题主要造成以下三种影响 和后果 a、时序 b、噪声 c、电磁干扰（EMI）
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概论
• 2、所有与信号完整性噪声问题有关的效应 都与以下四类噪声源有关： A、单一网络的信号完整性 当信号沿一网络传播时，如果遇到阻抗 突变，则会产生反射和失真，信号受到的 阻抗变化有以下几种情况： a、线宽变化； b、层转换；
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 Eric Bogatin 著
• 9、局部互感：仅在某一段导线中有单位安培电流， 而其他地方无其他电流存在时，环绕在另一段导线周 围的磁力线匝数；
• 10、有效电感、净电感或总电感：当整个回路流过单 位安培电流时，环绕在一段导线周围的磁力线总匝数， 其中包括院子回路每一部分电流的磁力线；
• 11、等效电感：多个电感的串联或并联相对应的单个 自感的大小，其中包括互感的影响。
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电感的物理基础
• 一、关于各种类型电感的定义： • 1、电感：流过单位安培电流时，环绕在导体周围的磁力线匝数； • 2、自感：导体中流过单位安培电流时，环绕在该导体周围的磁力线匝数； • 3、互感：某一导体流过单位安培电流时，环绕在另一导体周围的磁力线
匝数； • 4、回路电感：流过单位安培电流时，环绕在整个电流回路周围的磁力线
匝数； • 5、回路自感：完整电流回路流过单位安培电流时，环绕在该回路周围的
磁力线总匝数； • 6、回路互感：某一完整电流回路流过单位安培电流时，环绕在另一回路
周围的磁力线总匝 数； • 7、局部电感：其他地方没有其他电流时，环绕在该段导体周围的磁力线
匝数；
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电感的物理基础
• 8、局部自感：仅在一端导线中有单位安培电流而在 其他地方无其他电流存在时，环绕在该 段导体自身 周围的磁力线匝数；