《信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计》

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《信号完整性分析与设计》读书笔记思维导图

03
11.3 EMI 与SI、PI 的关系
04
11.4 电流回路的辐射
06
11.6 接 “地”之 “迷”
05
11.5 PCB 中主导EMI 的互连结构
11.8 小结
11.7 EMI设计要点
参考文献
12.1 数字器件的选择与电路设计
12.2 电磁屏蔽与滤波设计
12.3 参考平面的分析与设计
5
参考文献
4.1 一般互连与非理想互连
4.2 走线突变
4.3 过孔
4.4 参考平面不连续
4.5 连接器 4.6 封装
4.7 小结参考文献
5.1 信号带宽与上升边
5.2 互连线的特性区域
5.3 集总建模与宽带建模
5.4 基于TDR测量的走线突变建模
5.6 小结
5.5 基于电流通路的过孔建模与仿真
1.4 SI、PI和EMI 协同设计
1.6 EMI的源头设计策略
1.5 PDN影响SI
参考文献
2.1 电阻 2.2 电感
2.3 电容 2.4 传输线基础
2.5 高速及高频的概念
2.6 高速互连的表征
2.7 差分传输线参考文献
1
3.1 反射
2
3.2 串扰
3
3.3 同时开关噪声
4
3.4 小结
01
7.1 集成电路的功率传输
02
7.2 PDN的组成
03
7.3 电源/ 地平面噪声的产生与传播
04
7.4 基于目标阻抗的 PDN设计
06
7.6 PDN 集总分析技术
05
7.5 平面 PDN常用的建模技术

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。

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。

高速PCB信号完整性和电源完整性仿真技术研讨会

高速PCB信号完整性和电源完整性仿真技术研讨会小伙伴们，下周我们又组织了一个信号完整性的活动，这次的主题非常简单明了，就是介绍高速PCB信号完整性和电源完整性仿真技术。

活动介绍 PCB作为电子产品上最大的元器件，一直是工程师研究的主要对象。

对于信号完整性工程师更是深有体会，因为PCB作为互连的主要通道，包含了器件的封装焊盘、过孔、传输线、电源和地平面等，这些因素都会影响到高速电路信号完整性的表现，任何一个点设计不好都有可能导致设计失败。

ADS包含了全套原理图和PCB仿真的工具，能快速的建模仿真并高效的分析和处理结果。

本次研讨会将概括性的介绍：ADS软件针对信号完整性仿真的流程、PCB材料以及参数提取流程、层叠的设计、阻抗的计算、过孔仿真流程以及PCB信号完整性和电源完整性仿真流程。

PCB仿真的流程提取频变的材料参数结果： ADS Via designer过孔仿真的基本流程：速度报名吧日期：2018年09月12日时间：10:00-12:00 参加对象：信号完整性和电源完整性仿真工程师，Layout工程师，硬件工程师，技术总监以及有兴趣的工程师，老师，大学电子类的学生等等嘉宾简介蒋修国是德科技应用工程师应用工程师，参与过大型服务器、交换机、高速背板和云存储产品、消费类电子产品等的硬件研发。

擅长高速数字电路的信号完整性和电源完整性仿真、设计和测试。

8年+工作经验。

2016年加入是德科技，目前负责信号完整性、电源完整性和EMC相关产品的应用与技术支持。

《信号完整性》公众号创始人，公众号创建于2014年。

每周都会分享SI、PI、RF和EMC相关的原创仿真测试的内容。

涂智元是德科技应用工程师 Master in EE, National Chiao-Tung University (Hsinchu). Work Experience: Product Marketing, Foxconn (2 years). Summary of skill: Signal Integrity, EM and communication system.Years of Keysight: 5 years. 易泽宇是德科技应用工程师华中科技大学电子科学与技术硕士学位，从事EEsof EDA 软件应用技术支持工作。

集成电路设计中的信号完整性分析与优化

集成电路设计中的信号完整性分析与优化随着现代电子技术的发展，集成电路已经成为大部分电子产品中不可或缺的一部分。

在集成电路设计中，信号完整性是一个绕不开的话题。

在高速集成电路系统中，信号完整性的保障至关重要。

本文将阐述集成电路设计中信号完整性的重要性，以及分析和优化信号完整性的方法。

一、信号完整性的概念信号完整性通常指的是信号在途中受到的损耗、反射和干扰等影响对信号质量的影响。

在高速集成电路设计中，主要涉及到共模噪声、串扰、时钟漂移、功率噪声等问题，这些问题都会对信号完整性产生负面影响。

在集成电路设计中，信号完整性对于电路性能的保障至关重要。

如果信号完整性存在问题，会导致信号失真、时序误差、电磁兼容性（EMC）问题等，从而影响产品的可靠性和性能。

因此，在高速集成电路设计中保障信号完整性已经成为了一项必须考虑的关键任务。

二、信号完整性分析与优化1.仿真与分析在设计一款高速集成电路时，仿真和分析是保障信号完整性的最基本手段。

信号完整性分析通常是通过工具仿真来完成的，主要包括电磁仿真、功率完整性仿真和时钟完整性仿真等。

通过仿真可以得到各种信号参数，如传输速率、时延、噪声干扰等，并以此为基础进行信号完整性的下一步优化。

2.布局与设计在信号完整性的优化中，良好的布局和设计也是至关重要的。

首先，需要避免布线的过长、过细，以免引发串扰、反射等问题。

其次，布局中会遵循规定的电性长度，以保证严格的时间同步，从而最大限度地减少时钟漂移、时序误差等问题。

3.电源和地线的设计在高速集成电路系统中，电源和地线的设计也是信号完整性的关键因素。

电源和地线的引入会造成电压变化和噪声产生，因此需要进行合理的布线。

在设计中应该避免信号线和电源/地线平行布线，以减少串扰和互感耦合的发生。

4.屏蔽和滤波为了进一步减少信号噪声和串扰，信号屏蔽和滤波也是信号完整性优化的常用方法。

具体来说，可以使用屏蔽罩、滤波器等措施来减少信号噪声和干扰。

5.仿真和测试信号完整性的评估离不开仿真和测试。

集成电路中电源完整性与信号完整性分析

集成电路中电源完整性与信号完整性分析哎呀，说起集成电路中的电源完整性和信号完整性分析，这可真是个让人又爱又恨的“家伙”。

就拿我之前经历的一件事儿来说吧。

有一次，我参与了一个小型电子设备的研发项目。

那时候，我们团队满心欢喜地设计好了整个集成电路的架构，觉得大功告成。

可谁知道，在实际测试的时候，问题接二连三地冒了出来。

先是电源方面，设备运行没多久，就出现了电压不稳定的情况。

这就好比你正在跑步，突然有人给你使绊子，让你的脚步变得踉踉跄跄。

我们开始仔细排查，发现是电源布线不合理，导致电流在传输过程中出现了损耗和波动。

再说说信号完整性。

明明发送出去的是清晰准确的信号，可接收端却总是出现误码和失真。

这感觉就像是你给朋友精心准备了一份礼物，结果快递给你弄破了包装，里面的东西也坏了。

那咱们先来说说电源完整性。

电源完整性简单来说，就是要确保集成电路中的电源供应稳定、干净，没有杂波和干扰。

这就像我们家里的电，如果电压一会儿高一会儿低，那电器能正常工作吗？肯定不行！在集成电路里也是一样，如果电源不稳定，那各个元器件就像失去了主心骨，没法好好干活。

比如说，在多层电路板的设计中，如果电源层和地层的间距不合理，就会产生寄生电容和电感。

这就好比在一条马路上，突然多了一些障碍物，让电流的通行变得不顺畅。

还有，电源分配网络的设计也至关重要。

如果电阻过大，电流就会遇到“堵车”，导致电压下降。

再讲讲信号完整性。

信号在集成电路中传播，就像是一场旅行。

如果路径不好，信号就会“迷路”或者“受伤”。

比如说，高速信号在传输线上传播时，如果传输线的特征阻抗不匹配，就会发生反射，这就像声音在空旷的山谷中回荡，影响了信号的质量。

还有串扰问题。

相邻的信号线就像住在隔壁的邻居，如果靠得太近，彼此之间就会互相干扰。

想象一下，你正在专心看书，旁边有人大声吵闹，你能静下心来吗？信号也是一样，被干扰了就没法准确传达信息。

为了保证电源完整性和信号完整性，我们在设计的时候要特别小心。

ADS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李荔博士leo_le@安捷伦科技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。

1001010…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。

为描述方便起见以下用“完整性设计与分析”来指代“信号完整性与电源完整性设计与分析”。

2 版图完整性问题、分析与设计上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。

电路板级的信号完整性问题和仿真分析

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）04-0125-0320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，电平跳变的信号上升时间比较长，一般为几个纳秒。

元件间的布线不会影响电路的信号，所以都没有去考虑信号完整性问题。

但是今天，随着GHz时代的到来，很多IC的开关速度都在皮秒级别，同时由于对低功耗的追求，芯片内核电压越来越低，电子系统所能容忍的噪声余量越来越小，那么电路设计中的信号完整性问题就突现出来了。

计算机硬件设计中的信号完整性仿真与分析

计算机硬件设计中的信号完整性仿真与分析在计算机硬件设计中，信号完整性仿真与分析起着至关重要的作用。

随着通信速度和数据量的不断增加，设计师需要更加准确地评估信号传输的可靠性，以确保系统的性能和稳定性。

本文将介绍计算机硬件设计中的信号完整性仿真与分析的重要性，并探讨一些常用的方法和工具。

一、引言在计算机硬件设计中，信号完整性是指在信号传输过程中保持信号波形的准确性和稳定性。

由于信号传输路径中存在各种干扰和失真因素，如信号反射、串扰、时序偏差等，这些因素可能导致信号波形的失真，进而影响系统的功能和性能。

因此，设计师需要进行信号完整性仿真与分析，以评估系统中信号的稳定性并优化设计。

二、信号完整性仿真与分析的重要性1. 确保系统的稳定性和可靠性：通过信号完整性仿真与分析，设计师可以在设计阶段发现和解决潜在的信号完整性问题，以确保系统在实际应用中的稳定性和可靠性。

2. 避免信号失真和性能下降：信号的失真可能导致数据传输错误、时序偏差和性能下降等问题。

通过仿真与分析，设计者可以识别和解决导致信号失真的因素，并优化设计以提高系统的性能。

3. 降低开发成本和时间：通过在设计阶段进行仿真与分析，设计者可以在物理样品制造之前发现和解决问题，从而减少重复设计和制造的成本，并缩短开发周期。

三、信号完整性仿真与分析的方法1. 时域仿真：时域仿真是一种常用的仿真方法，通过模拟信号在时间轴上的波形变化来评估信号的传输特性。

设计师可以使用时域仿真工具，如SPICE、HSPICE等，来模拟和分析信号波形的波速、上升时间、下降时间等参数。

2. 频域仿真：频域仿真是一种基于信号频谱特性的仿真方法，通过分析信号的频域特性来评估信号的传输质量。

设计师可以使用频域仿真工具，如ADS、HFSS等，来分析信号的频率响应、频谱线宽、噪声等参数。

3. 边界条件仿真：边界条件仿真是一种重要的仿真方法，可以模拟信号在不同边界条件下的传输特性。

设计师需要使用合适的边界条件来模拟实际应用中的信号传输环境，并评估信号的完整性。

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。

信号完整性和电源完整性分析

An Integrated Signal and Power Integrity Analysis for Signal Traces Through the Parallel Planes Using Hybrid Finite-Element andFinite-Difference Time-Domain TechniquesWei-Da Guo,Guang-Hwa Shiue,Chien-Min Lin,Member,IEEE,and Ruey-Beei Wu,Senior Member,IEEEAbstract—This paper presents a numerical approach that com-bines the?nite-element time-domain(FETD)method and the?-nite-difference time-domain(FDTD)method to model and ana-lyze the two-dimensional electromagnetic problem concerned in the simultaneous switching noise(SSN)induced by adjacent signal traces through the coupled-via parallel-plate structures.Applying FETD for the region having the source excitation inside and FDTD for the remaining regions preserves the advantages of both FETD ?exibility and FDTD ef?ciency.By further including the transmis-sion-line simulation,the signal integrity and power integrity is-sues can be resolved at the same time.Furthermore,the numer-ical results demonstrate which kind of signal allocation between the planes can achieve the best noise cancellation.Finally,a com-parison with the measurement data validates the proposed hybrid techniques.Index Terms—Differential signaling,?nite-element and?nite-difference time-domain(FETD/FDTD)methods,power integrity (PI),signal integrity(SI),simultaneous switching noise(SSN), transient analysis.I.I NTRODUCTIONI N RECENT years,considerable attention has been devotedto time-domain numerical techniques to analyze the tran-sient responses of electromagnetic problems.The?nite-differ-ence time-domain(FDTD)method proposed by Yee in1966 [1]has become the most well-known technique becauseit pro-vides a lot of attractive advantages:direct and explicit time-marching scheme,high numerical accuracy with a second-order discretization error,stability condition,easy programming,and minimum computational complexity[2].However,it is often in-ef?cient and/or inaccurate to use only the FDTD method to dealManuscript received March3,2006;revised November6,2006.This work was supported in part by the National Science Council,Republic of China,under Grant NSC91-2213-E-002-109,by the Ministry of Education under Grant93B-40053,and by Taiwan Semiconductor Manufacturing Company under Grant 93-FS-B072.W.-D.Guo,G.-H.Shiue,and R.-B.Wu are with the Department of Electrical Engineering and Graduate Institute of Communication Engi-neering,National Taiwan University,10617Taipei,Taiwan,R.O.C.(e-mail: f92942062@.tw;d9*******@.tw;rbwu@.tw).C.-M.Lin is with the Packaging Core Competence Department,Advanced Assembly Division,Taiwan Semiconductor Manufacturing Company,Ltd., 30077Taiwan,R.O.C.(e-mail:chienmin_lin@).Color versions of one or more of the?gures in this paper are available online at .Digital Object Identi?er10.1109/TADVP.2007.901595with some speci?c structures.Hybrid techniques,which com-bine the desirable features of the FDTD and other numerical schemes,are therefore being developed to improve the simula-tion capability in solving many realistic problems.First,the FDTD(2,4)method with a second-order accuracy in time and a fourth-order accuracy in space was incorporated to tackle the subgridding scheme[3]and a modi?ed form was employed to characterize the electrically large structures with extremely low-phase error[4].Second,the integration with the time-domain method of moments was performed to analyze the complex geometries comprising the arbitrary thin-wire and inhomogeneous dielectric structures[5],[6].Third,the?exible ?nite-element time-domain(FETD)method was introduced locally for the simulation of structures with curved surfaces [6]–[8].With the advent of high-speed digital era,the simultaneous switching noise(SSN)on the dc power bus in the multilayer printed circuit boards(PCBs)causes paramount concern in the signal integrity and power integrity(SI/PI)along with the electromagnetic interference(EMI).One potential excitation mechanism of this high-frequency noise is from the signal traces which change layers through the via transition[9]–[11]. In the past,the transmission-line theory and the two-dimen-sional(2-D)FDTD method were combined successfully to deal with the parallel-plate structures having single-ended via transition[12],[13].Recently,the differential signaling has become a common wiring approach for high-speed digital system designs in bene?t of the higher noise immunity and EMI reduction.Nevertheless,for the real layout constraints,the common-mode currents may be generated from various imbal-ances in the circuits,such as the driver-phase skew,termination diversity,signal-path asymmetries,etc.Both the differential-and common-mode currents can in?uence the dc power bus, resulting in the SSN propagating within the planes.While applying the traditional method to manage this case,it will need a much?ner FDTD mesh to accurately distinguish the close signals transitioning through the planes.Such action not only causesthe unnecessary waste of computer memory but also takes more simulation time.In order to improve the computa-tional ef?ciency,this paperincorporates theFETD method to the small region with two or more signal transitions inside,while the other regions still remain with the coarser FDTD grids.While the telegrapher’ｓequations of coupled transmission lines are further introduced to the hybrid FETD/FDTD techniques,the1521-3323/$25.00?2007IEEEFig.1.A typical four-layer differential-via structure.SI/PI co-analysis for differential tracesthrough the planes can be accomplished as demonstrated in Section II and the numerical results are shown in Section III.For a group of signal vias,the proposed techniques can also tell which kind of signal alloca-tion to achieve the best performance as presented in Section III. Section IV thus correlates the measurement results and their comparisons,followed by brief conclusions in Section V.II.S IMULATION M ETHODOLOGYA typical differential-via structure in a four-layer board is il-lustrated in Fig.1.Along the signal-?ow path,the whole struc-ture is divided into three parts:the coupled traces,the cou-pled-via discontinuities,and the parallel plates.This section will present how the hybrid techniques integrate the three parts to proceed with the SI/PI co-simulation.At last,the stability consideration and computational complexity of the hybrid tech-niques are discussed as well.A.Circuit SolverWith reference to Fig.2,if the even/odd mode propagation coef?cients and characteristic impedances are given,it is recog-nized that the coupled traces can be modeled by the equivalent ladder circuits,and the lossy effects can be well approxi-mated with the average values of individual and over the frequency range of interest.The transient signal propagation is thus characterized by thetelegrapher’s equations with the cen-tral-difference discretization both in time and space domains. The approach to predict the signal propagation through the cou-pled-via discontinuities is similar to that through the coupled traces except for the difference of model-extracting method.To characterize the coupled-via discontinuities as depicted in Fig.1,the structure can be separatedinto three segments:the via between the two solid planes,and the via above(and under)the upper(and lower)plane.Since the time delay of signals through eachsegment is much less than the rising edge of signal,the cou-pled-via structure can be transformed into a SPICE passive net-work sketched in Fig.3by full-wave simulation[14],where represents the voltage of SSN induced by the current on Ls2. By linking the extracted circuit models of coupled-via disconti-nuities,both the top-and bottom-layer traces together with suit-able driving sources and load terminations,the transient wave-forms throughout the interconnects are then characterized and can be used for the SI analyses.Fig. 2.The k th element of equivalent circuit model of coupled transmission lines.Fig.3.Equivalent circuit model of coupled-via structures.B.Plane SolverAs for the parallel-plate structure,because the separation between two solid planes is much smaller than the equiva-lent wavelength of signals,the electromagnetic?eld inside is supposed to be uniform along the vertical direction.Thence, the2-D numerical technique can be applied to characterize the SSN effects while the FETD method is set for the small region covering the signal transitions and the FDTD scheme is constructed in the most regular regions.The FETD algorithm[15]starts from Maxwell’s two curl-equations and the vector equation is obtained byin(1)where and denote the electric?eld and current density,re-spectively,in the lossless volume.Applying the weak-form formulation or the Galerkin’s procedure to(1)gives(2) where is the weighting function that can be arbitrarily de-?ned.In use of the?nite-element method,the variational for-mula is thus discretized to implement the later numerical com-putation.In the present case,the linear basis function is chosen to express the?elds inside eachtriangular element.After taking the volume integration over each element and assembling theFig.4.FEM mesh in the source region and its interface with the FDTD grids.integrals from all the elements,(2)can be simpli?ed into a ma-trix form of(3) where and are the coef?cient vectors of electric?eld andcurrent density,respectively.In addition,the values of all matrix elements in(3)are formulated asand(4)For the mesh pro?le as illustrated in Fig.4,the FETD re-gion is chosen to be a block replacing the prime FDTD region into which the via transition penetrates.This is an initial value problem in time with the previous and being the initial conditions aswell as the boundary value problem in space with being Dirichlet boundary condition.To solve the initial value problem in(3),the time derivative of electric?eld is approximated by the central difference,that is(5) As for the electric?eld in the second term of(3),it can be for-mulated by the Newmark–Beta scheme[16]to be read as(6)Fig.5.Simulation?owchart of hybrid FETD and FDTD techniques to perform the SI/PI co-analysis for the coupled-via structure as illustrated in Fig.1.Moreover,in the triangular elements with the via transition inside,the term in(3)as expressed bygrid area(7)is needed to serve asthe excitation of the parallel-plate structure with the current shown in Fig.3through the via structure between Layers2and3.It is worth noting that the via transition should be placed on the bary-center of each triangular element to achieve better accuracy.The hand-over schemefor the?eld in the overlapped region of FDTD and FETD can be depicted in Fig.5.Given the boundary ?eld calculated by the FDTD algorithm atthe time step ,all the?eld in the FETD region can be acquired through the matrix solution of(3).The SSN voltage in Fig.3 is then determined by(8)where is the averaging value of nodal electric-?elds enclosing the via transition,and is the separation between the planes.Once and at the FETD mesh nodes(node 1,2,3,and4in Fig.4)become available,together with the ob-tained voltage/current values from the circuit solver andelectric/ magnetic?elds of the FDTD region,the hybrid time-marching scheme for the next time step can be implemented and so on.As a result of using the integrated schemes,the current, arisen from the input signal through the via structure,can have the ability to induce the voltage noise propagating within theFig. 6.Physical dimensions of coupled traces and via pair.(a)Top view (Unit=mil).(b)Side view.parallel plates.After a period of time,owing to the plane reso-nanceand return path,the induced noise will causethe unwanted voltage?uctuation on the coupled traces by the presence of the ?nite SSN voltage.C.Stability Problem and Computational ComplexityIt is not dif?cult to manifest that the FETD algorithm is un-conditionally stable.Substituting(5),(6),and(7)into(3)yields the following difference equation:(9) where(10) the superscript“1”denotes the matrix inverse and the factorgrid areaWithout loss of generality,the time-stepping scheme in(9)is restated as(11)Applying the-transform technique to(11)and solving for ,de?ned as the-transform of,the result reads(12)along with the dependent,de?ned as the-transform of in(11).Regardless of the time step,it can be easily de-duced that the poles of(12)is just on the unit circle of plane. This proves that the time marching by(9)is absolutely stable. The stability condition of these hybrid techniques is thus gov-erned by the transmission-line theory and the FDTD algorithm in the regular region,which are already known.Concerning the computational complexity,because of the consistence of simulation engines used for the circuit solver,parison of differential-mode S-parameters from HFSS simulation and the equivalent circuit as depicted in Fig.3.the only work is to compare the ef?ciency of the hybrid FETD/FDTD technique with that of the traditional FDTD method.In use of only the FDTD scheme for cell discretization, the grid size should be chosen at most the spacing between the adjacent via transitions.However,as depicted in Fig.4, the hybrid techniques adopting the FEM mesh for the source region exhibit the great talent to segment the whole plane with the coarser FDTD grids.Owing to the sparsity of the FETD matrices in(4)and the much smaller number of unknowns,the computational time needed for each FETD operation can be negligible.The complexity of the hybrid techniques is therefore dominated by the FDTD divisions in the regular region.It is ev-ident that the total simulation time of the2-D FDTD algorithm is,where denotes the number of the division in the whole space[7].The coarser the FDTD grids,the smaller the number of the grids and unknowns.Hence,the present hybrid techniques can preserve high accuracy without sacri?cing the computational ef?ciency.III.N UMERICAL R ESULTSA.Coupled via TransitionConsider the geometry in Fig.1but with the coupled-via structure being2cm away from the center of parallel plates, which is set as the origin of the–plane.The size of the plane is1010cm and the separation between the two metal planes is20mils(0.05cm).The physical dimensions of the coupled traces and via pair are depicted in Fig.6.After extracting the -parameters from the full-wave simulation,their equivalent circuit models of coupled-via structures as sketched in Fig.3 can be thus constructed.In Fig.7,it is found that the differen-tial-mode-parameters of equivalent circuit models are in good agreement with those from the HFSS simulations[14]and the extracted parasitic values of inductive and capacitive lumped-el-ements are also listed in the attached table.The top-layer coupled traces are driven by differential Gaussian pulses with the rise time of100ps and voltage ampli-tude of2V while the traces are terminated with the matchedFig.8.Simulated TDR waveforms on the positive-signaling trace.(a)Late-time response for the signal skew of10ps excluding the multire?ection phe-nomenon of common-mode signal.(b)Late-time response while no signal skew.TABLE IC OMPARISON OF C OMPUTATIONAL C OMPLEXITY B ETWEEN THE T WO M ETHODS(T IME D URATION=2:5ns)(CPU:Intel P43.0GHz,RAM:2GHz)loads at their ends.For simplicity,the transmission-line losses are not considered in the following analyses for the transient responses.By using the same mesh discretization as illustrated in Fig.4,the resultant segmentation for the plane con?nes the ?exible FEM mesh in the vicinity of via transitions and the coarser FDTD division with the size of22mm elsewhere. Employing the perfect magnetic conductors for boundary conditions of the parallel-plate structure,the simulated TDR waveforms with and without the signal skew on the posi-tive-signaling trace are presented in Fig.8.In comparison of hybrid FETD/FDTD techniques and?ner FDTD method with center-to-center via spacing(0.66mm)as the grid size,the simulation results are in good agreement.Note that the voltage ?uctuation before900ps is induced by the incident signal passing through the coupled-via structure while the occurrence of late-time response is accompanied by the parallel-plate resonances.As for the signal skew of10ps,the voltage level of late-time response is found to be greater than that of no signal skew because of the existence of common-mode currents produced by the timing skew of differential signals.Moreover,the simulation time of both methods should be pro-portional to the number of grids multiplied by the total time steps.As the physical time duration is?xed,the decreaseof the FDTD division size would correspond to the increase of the total Fig.9.Parallel plane with three current sources inside.(a)3-D view.(b)Zoom-in view of three sources on the plane in(a).(c).FETD/FDTD mesh discretization.Fig.10.Simulated noise waveforms at the preallocated probe in reference to Fig.9(a).time steps.Consequently,asshown in Table I,it is demonstrated that the computational ef?ciency of the hybrid techniques is in-deed much better than that of the?ner FDTD method.B.Multiple Source TransitionIn addition to a pair of differential-via structure,there can be a group of signaling vias distributed in the various regions of planes.Considering the parallel-plate structure in Fig.9(a), three current sources are distributed around the center(0,0) and a probe is located at(1mm,9mm)to detect the voltage noise induced on the planes.The FEM meshes for the source region and the interface with the FDTD region are shown inFig.11.Parallel-plate structure with two differential pairs of current sources inside in reference to Fig.9(a).(a)Two differential pairs of sources on the plane in Fig.9(a).(b)FETD/FDTD mesh discretization.parison of the simulated noise waveforms between three casesof differential-sources on the plane as in Fig.9(a).Fig.9(c).The current sources are Gaussian pulses with the rise time of100ps and different current amplitudes of0.5,0.25, and0.3A.With the same settings of boundary conditions,the simulated voltage noise waveforms at the preallocated probe re-ferred to Fig.9(a)are presented in Fig.10.It is indicated that the hybrid FETD/FDTD techniques still reservesthe great accuracyin predicting the traveling-wave behavior of plane noise.In the modern digital systems,many high-speed devices employ the multiple differential-traces for the purpose of data transmission.These traces are usually close to each other and may simultaneously penetrate the multilayered planes through via transitions.Hence,it is imperious for engineers to know how to realize the best power integrity by suitably arranging the positions of differential vias.Reconsidering the parallel plates in Fig.9(a),instead,two dif-ferential-current sources around the center and the probe is re-located at(25mm,25mm)as shown in Fig.11along with their corresponding mesh pro?le.After serving for the same Gaussian pulses as input signals,the simulated waveforms at Fig.13.At time of400ps,the overall electric-?eld patterns of three cases of differential-source settings in reference to Fig.12.(a)Case1:one pair of dif-ferential sources.(b)Case2:two pairs of differential sources with the same polarity.(c)Case3:two anti-polarity pairs of differential sources.the probe are presented in Fig.12while three cases of source settings are pared with the noise waveform of one pair of differential sources,the signal allocations of mul-tiple differential-sources diversely in?uencethe induced voltage noise.For the more detailed understanding,Fig.13displays the overall electric-?eld patterns at the time of400ps for three casesFig.14.Speci?cations and measurement settings of test board.(a)Top view.(b)Side view.parisons between the simulated and measured waveforms at both the TDR end and the probe as in Fig.14.(a)The TDR waveforms.(b)The waveforms at the probe.of differential-source settings on the plane.Note that the out-ward-traveling electric?eld of Case3(the differential-sources with antipolarity)is the smallest?uctuation since the appear-ance of two virtual grounds provided by the positive-and-nega-tive polarity alternates the signal allocation.IV.E XPERIMENTAL V ERIFICATIONIn order to verify the accuracy of hybrid techniques,a test board was fabricated and measured by TEK/CSA8000B time-domain re?ectometer.The designed test board comprises the single-ended and differential-via structures,connecting with the corresponding top-and bottom-layer traces.The design speci?-cations and measurement settings of test board are illustrated in Fig.14.To perform the time-domain simulation,the launching voltage sources are drawn out of re?ectometer.As the driving Fig.16.Frequency-domain magnitude of the probing waveforms corre-sponding to Fig.15(b)and the plane resonances.signals pass through the differential vias,the parallel-plate structure is excited,incurring the SSN within the ter, the quiet trace will suffer form this voltage noise through the single-ended via transition.After extracting the equivalent circuit models of coupled-via structures and well dividing the parallel plates,the SI/PI co-analysis for test board can be achieved.Simulation results are compared with the measure-ment data as shown in Fig.15accordingly.As observed in Fig.15(a),the differential signals have the in-ternal skew of about30ps and the bulgy noise arising at about 500ps is due to the series-wound connector usedin the measure-ment.The capacitive effect of via discontinuities is occurred at about900ps,while the deviations between the simulation and measurement are attributed to the excessive high-frequency loss of input signals.For the zoom-in view of probing waveforms as in Fig.15(b),it is displayed that the comparison is still in good agreement except for the lossy effect not included in the time-domain simulation.Applying the fast Fourier transform, the frequency-domain magnitude of probing waveforms is ob-tained in Fig.16.In addition to the similar trend of time-domain simulation and measurement results,the peak frequencies cor-respond to the parallel-plate resonances of test board exactly. Hence,the exactitude of the proposed hybrid techniques can be veri?ed.V.C ONCLUSIONA hybrid time-domain technique has been introduced and applied successfully to perform the SI/PI co-analysis for the differential-via transitions in the multilayer PCBs.The signalpropagation on the differential traces is characterized by the known telegrapher’s equations and the parallel-plate structure is discretized by the combined FETD/FDTD mesh schemes.The coarser FDTD segmentation for most of regular regions inter-faces with an unconditionally stable FETD mesh for the local region having the differential-via transitions inside.In use of hybrid techniques,the computational time and memory requirement are therefore far less than those of a traditional FDTD space with the?ner mesh resolution but preserve the same degrees of numerical accuracy throughout the simulation.In face of the assemblages of multiple signal transitions in the speci?c areas,the hybrid techniques still can be adopted by slightly modifying the mesh pro?les in the local FETD re-gions.Furthermore,the numerical results demonstrate that the best signal allocation for PI consideration is positive-and-nega-tive alternate.Once the boundary conditions between the FETD and FDTD regions are well de?ned,it is expected that the hy-brid techniques have a great ability to deal with the more real-istic problems of high-speed interconnect designs concerned in the signal traces touted through the multilayer structures.R EFERENCES[1]K.S.Yee,“Numerical solution of initial boundary value problemsinvolving Maxwell’s equations in isotropic media,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.AP-14,no.3,pp.302–307,May1966.[2]K.S.Kunz and R.J.Luebbers,The Finite Difference Time DomainMethod for Electromagnetics.Boca Raton,FL:CRC,1993,ch.2,3.[3]S.V.Georgakopoulos,R.A.Renaut,C.A.Balanis,and C.R.Birtcher,“A hybrid fourth-order FDTD utilizing a second-order FDTD subgrid,”IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.,vol.11,no.11,pp.462–464,Nov.2001.[4]M. 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From August1994to July1995,he was with the Electrical Engineering Depart-ment,University of California at Los Angeles.He was also appointed Director of the National Center for High-Performance Computing(1998–2000)and has served as Director of Planning and Evaluation Division since November2002, both under the National Science Council.His areas of interest include computa-tional electromagnetics,microwave and millimeter-wave planar circuits,trans-mission line and waveguide discontinuities,and interconnection modeling for computer packaging.。

电子电路CAD设计中的信号完整性分析

电子电路CAD设计中的信号完整性分析在电子电路设计中，信号完整性分析是一个关键的步骤。

它是通过使用AE软件来评估和优化信号传输的过程。

在这篇文章中，我们将探讨一些常见的信号完整性问题以及如何使用AE软件解决它们。

首先，让我们了解一下什么是信号完整性。

信号完整性是指在电子电路中信号的传输过程中，信号的质量是否能够达到预期的要求。

在现代高速电子系统中，信号的频率变得越来越高，因此信号的完整性问题也变得越来越重要。

一种常见的信号完整性问题是信号的时延问题。

高速信号在传输过程中会受到时延的影响，这可能导致信号的延时不稳定或者失真。

为了解决这个问题，我们可以使用AE软件来模拟信号的传输过程，并分析电路中潜在的时延问题。

通过调整电路的布局或优化信号的传输路径，我们可以减少时延问题并提高信号的完整性。

另一个常见的信号完整性问题是信号的反射和串扰。

当信号到达电路的边缘时，会发生反射，从而导致信号的失真。

并且在高密度电路中，信号之间的互相干扰也会引起信号的失真。

为了解决这些问题，我们可以使用AE软件来模拟信号的传输路径，并分析反射和串扰的潜在问题。

通过调整电路的布局或添加衰减器等元件，我们可以减少信号的反射和串扰，从而提高信号的完整性。

此外，电源噪声也是一个重要的信号完整性问题。

电子系统中的电源噪声可能会对信号的传输和接收产生干扰，从而降低信号的质量。

为了解决这个问题，我们可以使用AE软件来模拟电源噪声的传播路径，并分析噪声的来源和传播机制。

通过合理设计电源滤波器和优化电源布局，我们可以减少电源噪声对信号的影响，从而提高信号的完整性。

除了上述提到的问题，还有许多其他的信号完整性问题需要我们关注。

例如，电磁辐射、信号失真、传输线特性等。

在实际应用中，我们需要根据具体的电子电路设计来选择和使用不同的AE软件工具来解决这些问题。

综上所述，信号完整性是电子电路设计中一个重要的问题。

通过使用AE软件进行分析和优化，我们可以解决信号的时延、反射和串扰、电源噪声等问题，并提高信号的传输质量和可靠性。

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。

ADS信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计

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。

2.电源噪声：在高速数字电路中，电源噪声是一个常见的问题。

可以通过ADS中的噪声仿真模块来分析电源噪声的影响，并根据仿真结果进行滤波器设计和优化，降低电源噪声对电路性能的影响。

3.电源供电线路：在进行电源完整性设计时，还需要考虑电源供电线路的设计。

信号完整性分析及仿真

ＡｂｔａｔＷｈｈｔｅｈｇｓｒｃ：ｔｈｉｈ—ｓｅｄｏｄｍｃｅｃ，ｈ一ｐｅｉａｉｃｉｂｃｍｅｈｉｓｅｍ，ｅｆｅｕｎｙｏｐｅｆｍｏｅｓｉｎｅｉｓｅｄｄｔｋｃｕｔｅｏｓｔｅｍａｎｔａＡｓｔｑｅｃｆｒｒｈｒ
ｈａｔｏｃｎｅｔａｅｏｔａｐｃ，ｔｅｕｈｒｏｃｎｒｔｄｎｗｏｓｅｔｗｈｃａｅｈｒｆｃｏａｄｒｓａｋｓｉｈｒｔｅｅｅｔｎｎｃｏｓｌ．Ｄｅｉｓｌｄｇｔｌｉｕａｏｃｒｕｔｙｌｉｔｓｎｇｉｅｉｉｓｌｔｎｉｉｍｐａｍｉｃｂ
表明仿真结果和实际应用一致。
【关键词１信号完整性反射串扰Ｃａｅｃ＿ＵｇｏｄｎｅＡｅｒ中圈分类号：Ｎ１文献标识码：Ａ文章编号：０８１３（０２１— ８３Ｔ７０１０ — ７９２１）３３ —
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技术论坛
计算机与网络创新生活
信号完整性分析及仿真
张娜秦萌
（中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄０Ｏ８）５０１
【要】现代科技飞速发展，摘高速数字电路已成为主流。随着系统工作频率和集成度的提高，信号完整性问题在高速数字电路设计中是至关重要的问题，本文对信号完整性中的反射和串扰两个方面进行了研究，并采用Ｃａｅｃ＿Ｕｇｏ工具设计ｄｎｅＡｅｒ了简单的数字仿真电路进行仿真分析，分析了解决反射的四种方法和解决串扰的两种方法，并在实际设计电路中进行了实践。

信号完整性与电源完整性的详细分析

信号完整性与电源完整性的详细分析最近在论坛里看到一则关于电源完整性的提问，网友质疑大家普遍对信号完整性很重视，但对于电源完整性的重视好像不够，主要是因为，对于低频应用，开关电源的设计更多靠的是经验，或者功能级仿真来辅助即可，电源完整性分析好像帮不上大忙，而对于50M -100M以内的中低频应用，开关电源中电容的设计，经验法则在大多数情况下也是够用的，甚至一些芯片公司提供的Excel表格型工具也能搞定这个频段的问题，而对于100M以上的应用，基本就是IC的事情了，和板级没太大关系了，所以电源完整性仿真，除非能做到芯片到芯片的解决方案，加上封装以及芯片的模型，纯粹做板级的仿真意义不大，真是这样吗？其实电源完整性可做的事情还很多，下面就来了解了解吧。

信号完整性与电源完整性分析信号完整性(SI)和电源完整性(PI)是两种不同但领域相关的分析，涉及数字电路正确操作。

在信号完整性中，重点是确保传输的1在接收器中看起来就像1(对0同样如此)。

在电源完整性中，重点是确保为驱动器和接收器提供足够的电流以发送和接收1和0。

因此，电源完整性可能会被认为是信号完整性的一个组成部分。

实际上，它们都是关于数字电路正确模拟操作的分析。

分析的必要性如果计算资源是无限的，这些不同类型的分析可能不存在。

整个电路将会被分析一次，而电路某一部分中的问题将会被识别并消除。

但除了受实际上可仿真哪些事物的现实束缚之外，具有不同领域分析的优点在于，可成组解决特定问题，而无需归类为“可能出错的任何事物”。

在信号完整性中，例如，重点是从发射器到接收器的链路。

可仅为发射器和接收器以及中间的一切事物创建模型。

这使得仿真信号完整性变得相当简单。

另一方面，要仿真电源完整性可能有点困难，因为“边界”有点不太明确，且实际上对信号完整性领域中的项目具有一定的依赖性。

在信号完整性中，目标是消除关于信号质量、串扰和定时的问题。

所有这些类型的分析都。

信号完整性分析

信号完整性分析信号完整性分析是一项重要的工程学领域，它涉及到信号传输的可靠性和准确性。

在信息传递的过程中，信号会受到各种干扰和衰减，因此确保信号的完整性对于正确地接收和解读信息至关重要。

本文将介绍信号完整性分析的基本概念、方法和应用。

信号完整性分析是一种通过模拟和仿真来评估信号传输过程中所遇到的问题和挑战的方法。

在进行信号完整性分析时，通常需要考虑传输线路的特性、干扰源、噪声和电磁兼容性等因素。

通过对这些因素进行建模和分析，可以预测信号的衰减、失真和延迟，进而优化信号传输系统的设计。

信号完整性分析的基本方法之一是建立传输线路的数学模型。

传输线路可以是电线、导线、电缆或光纤等，而其特性包括传输速度、电阻、电感和电容等。

通过将这些特性纳入传输线路模型，可以计算得到信号在传输过程中的衰减和失真情况。

另一种常用的信号完整性分析方法是时域和频域分析。

时域分析关注信号在时间轴上的变化情况，可用于研究信号的波形、幅度和时延等特性。

频域分析将信号转换为频率域，利用傅里叶变换等工具可以获取信号的频谱分布和频率响应等信息。

通过时域和频域分析，可以全面了解信号的特性，从而优化信号传输系统的设计和调整。

信号完整性分析在通信、电子、计算机和电路设计等领域都有广泛的应用。

在高速传输系统中，如高速网络、数据中心和处理器之间的连接，信号完整性分析能够帮助设计人员解决信号衰减、串扰和时钟抖动等问题，确保高频信号的准确传输。

在电子设备设计中，信号完整性分析可以评估电路板布局和信号线路的设计，提前发现信号干扰和时延问题，并进行相应的优化。

随着智能电子产品的发展和应用场景的增多，对于信号完整性分析的需求也越来越高。

例如，手机和平板电脑等移动设备需要在有限的传输资源下实现高速数据传输，而车载电子系统需要能够稳定传输大量的音视频数据。

在这些应用中，信号完整性分析为保证数据传输的稳定性和准确性提供了必要的技术支持。

总之，信号完整性分析在现代通信和电子领域中具有重要的地位和作用。

基于ANSYS的信号和电源完整性设计与分析(第2版)

基于ANSYS的信号和电源完整性设计与分析（第2版）
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 精彩摘录
目录
02 内容摘要 04 读书笔记 06 作者介绍
思维导图
本书关键字分析思维导图
分析
分析
分析
技术人员
小结
工程
参数
设计
设计
方法通道
简介
电源
完整性
噪声
第章
测试
信号
方式
内容摘要
内容摘要
第1章信号完整性
1.1信号完整性的要求及问题的产生 1.2信号完整性问题的分类 1.3传输线基础理论 1.4端接电阻匹配方式 1.5仿真模型 1.6 S参数 1.7电磁场求解器
第2章 HDMI的仿真与测试
2.1 HDMI简介 2.2 HDMI信号完整性前仿真分析 2.3 HDMI信号完整性后仿真分析 2.4本章小结
第7章辐射分析
7.1电磁兼容概述 7.2电磁兼容标准 7.3电磁干扰方式 7.4辐射仿真与分析 7.5本章小结
第8章信号完整性问题的场路协同仿真
8.1 SMA仿真 8.2 SMA建模 8.3 Designer对整个高速串行通道进行系统级仿真 4本章小结
第9章 PCB级电热耦合对信号完整性的影响分析
第5章并行通道DDR仿真与分析
5.1 DDR相关特点的简介 5.2使用SIwave提取DDR的S参数 5.3基于Designer的SI仿真 5.4 DDR的SI+PI仿真 5.5 IR压降仿真 5.6 2.5D模型与3D模型在信号完整性中的对比分析 5.7本章总结
第6章电源完整性
6.1电源完整性概述 6.2电源噪声形成机理及危害 6.3 VRM 6.4电容去耦原理 6.5 PDN阻抗分析 6.6 PCB谐振仿真 6.7传导干扰和电压噪声测量 6.8直流压降分析 6.9串行通道的SSN分析

PCB和系统信号完整性电源完整性和EMI分析2011年3

ANSYS培训通知PCB和系统信号完整性/电源完整性和EMI分析课程简介：随着半导体工业的发展，PCB上时钟速率越来越快，功耗也越来越大。

信号完整性，电源平面噪声和稳定性，以及整板的EMI辐射，都成为影响系统性能的关键因素。

本课程将通过理论和实践操作，学习ANSYS公司的PCB和三维结构仿真软件包，了解PCB中信号完整性，电源完整性以及系统EMI 辐射的影响。

培训讲师： ANSYS公司高级应用工程师李宝龙侯明刚培训对象：电路设计工程师PCB布局布线工程师设计主管测试工程师EMC/EMI工程师SI工程师学员基础：具备一定的数字电路硬件设计和测试经验，了解PCB设计和仿真软件。

培训目标：通过两天的课程，帮助学员了解到高速电路设计和仿真的基本原理和仿真手段，针对性的案例分析，了解解决信号完整性，电源完整性问题和EMI等问题的途径。

学习期限：计划12学时/2天（标准课时每天6小时，此次培训两天内完成，每天6学时）上午9：00至12：00；下午13：30至16：30培训内容：1. 高速数字电路信号完整性，电源完整性的基本概念和研究方法2. PCB预仿真：PCB层叠谐振分析和去耦策略3. PCB后仿真：传输线参数提取和阻抗报告4. 时域噪声分析5. 扫频分析6. PCB EMI辐射仿真7. 三维机箱的布局和开孔电磁泄露8. PCB与机箱系统的电磁屏蔽效能和辐射分析在本课程学习中，您可以通过实践上机操作，深入了解以下内容：1.层叠和介质材料参数对谐振的影响2.去耦电容的作用，以及实际电容ESR/ESL的影响3.手工和自动添加端口4.提取端口的S-,Y-,Z-参数5.输出多端口传输线模型到时域仿真器6.过冲，串扰和同步开关噪声仿真7.添加扫频电压源和电压探头，扫频分析8.PCB近场和远场辐射分析9.三维机箱的本征模式分析，屏蔽效能分析10.PCB与机箱系统的电磁辐射和泄露课程特点1. 结合具体案例进行讲解2. 理论和实际结合培训收费：￥3200/人培训时间：2011年3月30～31日培训地点：北京理工大学四号教学楼224 电话：************，葛老师联系人：王硕139****8001崔明生133****8866信号完整性和电源完整性分析培训报名回执表联系方式：北京代旭晨上海殷蕴成都朋妮娜联系电话：010－82861715 021－62886350 028－86200675 传真：010－82861713 021－62886352 028－86200677到北京理工大学路线图。