传输线理论及信号完整性分析
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）
PCB设计中的信号完整性分析方法
PCB设计中的信号完整性分析方法PCB设计是现代电子产品开发中不可或缺的一环。
而信号完整性是保证电子产品性能和可靠性的重要因素之一。
本文将介绍PCB设计中常用的信号完整性分析方法。
一、信号完整性的重要性信号完整性是指信号在电路板上的传输过程中，能够保持其原有的波形、速度和幅度，没有失真、噪声或者延迟。
信号完整性的不良会导致各种问题，如时钟偏移、串扰、干扰等，从而影响整个系统的性能和稳定性。
二、信号完整性分析方法1. 布线规则设计在PCB设计过程中，通过合理的布线规则设计可以减少信号的串扰和耦合。
比如，避免信号线之间的交叉、保持适当的距离、分层布线等。
2. 传输线理论传输线理论是用于分析高速信号传输的一种方法。
通过建立传输线模型，可以预测信号在传输过程中的行为。
在信号完整性分析中，可以使用传输线理论对信号的波形、传播时间和幅度进行分析。
3. 电磁仿真电磁仿真是一种基于数值计算的信号完整性分析方法。
通过建立PCB的电磁场模型，可以确定信号在电路板上的传播路径和互连耦合情况。
常用的电磁仿真软件包括HFSS、ADS等。
4. 时域分析时域分析是一种基于时间的信号完整性分析方法。
通过观察信号的波形和过渡边沿，可以判断信号是否出现失真、震荡或者反射等问题。
常用的时域分析工具包括示波器、逻辑分析仪等。
5. 频域分析频域分析是一种基于频率的信号完整性分析方法。
通过对信号的频谱进行分析，可以判断信号是否出现带宽限制、谐振或者频率响应不平坦等问题。
常用的频域分析工具包括频谱分析仪、网络分析仪等。
6. 时序分析时序分析是一种基于时钟的信号完整性分析方法。
通过分析信号在时钟边沿触发的时间关系，可以判断信号的稳定性和时钟偏移情况。
常用的时序分析工具包括时序分析仪、时钟提取软件等。
三、信号完整性验证流程针对PCB设计中的信号完整性问题，通常可以采用以下的验证流程：1. 设计规则检查（DRC）：通过软件工具检查布线是否符合设计规则，是否存在潜在的信号完整性问题。
传输线理论期末总结
传输线理论期末总结一、引言传输线理论是电磁场理论在电磁波传输中的应用，是电路理论与电磁场理论的结合。
传输线理论应用广泛，主要用于信号传输、功率传输、阻抗匹配等领域。
本篇总结将对传输线理论的基本原理、参数、特性等进行概述，以及在实际应用中的一些注意事项。
二、传输线的基本原理1. 传输线的基本结构传输线是由两个导体构成的均匀、无损耗的线路，通常是平行的。
传输线可以是平面的，也可以是三维的。
常见的传输线有两线制传输线（两根导线）、同轴线（内外两层金属导体）、微带线（介质模块和一侧有金属层）、光纤（传输光信号）等。
2. 传输线的特性阻抗传输线中的特性阻抗是指在线路的某一截面上，正向行波与反向行波之间的电压与电流之比。
特性阻抗是传输线的一个重要参数，对信号的传输和匹配等有重要影响。
常见的传输线有50欧姆的同轴线和75欧姆的同轴线。
3. 传输线的传输方程传输线的传输方程是描述传输线上电压和电流关系的微分方程。
根据传输线的结构和电磁学原理可以推导出不同类型传输线的传输方程。
传输方程可以由麦克斯韦方程组推导出来。
4. 传输线的传输特性传输线的传输特性是指传输线上电压、电流、功率等参数随时间和空间变化的规律。
传输特性包括传输速度、传播损耗、幅度响应、相位延迟等。
传输线的特性决定了信号在传输线上的传播过程和传输质量。
三、传输线参数的计算与分析1. 传输线的参数传输线的参数包括电感、电容、电阻和导纳。
这些参数在传输线建模和分析中起着重要作用。
电感和电容决定了传输线的频率响应和传输速度，电阻决定了传输线的传输损耗，导纳决定了传输线的阻抗匹配特性。
2. 传输线参数的计算传输线参数可以通过传输线的几何结构、介质材料和频率等因素计算得到。
例如，同轴线的电感和电容可以通过导体几何尺寸和介质材料的电学常数计算得到。
微带线的参数可以通过线宽、线距和介质材料等参数计算得到。
3. 传输线参数的分析传输线参数的分析可以用于评估传输线的性能和优化设计。
第七章传输线和信号完整性
二、单位长度的电参数
上述传输线方程中包含单位长度的电容c和电感l， 这两个参数包含了有关传输线的所有结构信息，例如：
导线类型、导线半径和导线间隔等。因此，如果要求 解具体问题，必须先计算具体的c和l。传输线中的传 播模式为横电磁波（TEM）模式，所以，横向的磁场 和电场沿z轴方向传播，根据法拉第定律，有：
压波形相同：
V (0, t)
ZC RC ZC
Vs (t ); I (0, t )
Vs (t) RC ZC
初始的电波向负载端传播，脉冲前沿到达负载端需
要延时TD，然后反射回源端又需要延时TD。在源端，
可以得到电压反射系数为：S
RS RS
ZC ZC
在源端产生的前向波形与在负载端产生的反射波
的波形相同，但是反射波响应的点上减小了ΓS。这个 过程在源端和负载端持续重复进行，传输线上任意点 的总电压和电流都是所有单个电压和电流波的总和。
在20世纪80年代中期，这种连接导线是无关紧要 的，现在，由于时钟和数据速度的不断提高，这种 “互连”导线将极大地影响信号传输而不能被忽略。 信号完整性就是保证传输线输入端和输出端信号波形 相同或近似相同。
信号从传输线的一端被传输到另一端，其中至 关重要的是信号不被传输线所恶化。传输线的一个 重要影响是造成信号从一端到另一端的时延。信号 在传输线内传输的速度为v，传输线的总长度为l,则 延时为TD=l/v 。由互连线产生的另一个问题是反射。 传输线的第二个特性参数是它的特性阻抗ZC，如果 传输线不匹配，将有部分到达负载端的信号反射回 源端。这种反射现象是导致信号完整性降级的主要 原因。
Rs＝300Ω
+
Vs(t)
－
+
V(0,t)
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。
传输线理论及信号完整性分析共23页PPT
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
图讲信号完整性
信号完整性基础信号完整性问题过冲（overshoot/undershoot)振铃(ringing/ring back)非单调性(non-monotonic)码间串扰（ISI）同步开关噪声（SSN）噪声余量(noise margin)串扰(crosstalk)信号完整性（Signal Integrity）主要包括以下几方面问题：1.过冲（Overshoot/Undershoot)一般IC对于过冲的高度和宽度的容忍度都有指标。
因为过冲会使IC内部的ESD防护二极管导通，通常电流有100mA左右。
信号长期的过冲会使IC器件降质，并是电源噪声和EMI的来源之一。
2. 振铃（Ringing/Ring Back）振铃会使信号的threshold域值模糊，而且容易引起EMI。
3.非单调性(Non-monotonic)电平上升过程中的平台会产生非单调性，这有可能对电路有危害，特别是针对异步信号如：Reset、Clock等会有影响。
4. 码间串扰（ISI）主要是针对高速串行信号。
其产生的本质是前一个波形还没有进入稳态，另外也有可能是传输线对不同频率衰减不同所造成的。
一般通过眼图来观察，方法是输入一伪随机码，观察输出眼图。
5. 同步开关噪声（SSN）同步开关噪声会使单根静止的信号线上出现毛刺?V，另外还会影响输入电平的判断。
SSN的另一种现象是SSO（同步开关输出），这会使得传输线的特性如阻抗、延时等特性发生改变。
6. 噪声裕量（Noise Margin）控制噪声余量的目的是防止外界干扰，用于克服仿真没有分析到的一些次要因素。
一般对于TTL信号应留有200~300mV的余量。
7. 串扰（Crosstalk）串扰主要有线间串扰、回路串扰、通过平面串扰（常见于数模混合电路）三种形式。
通常示波器所观察到的数字信号。
图中为各相关的信号完整性参数：•Overshoot、Undershoot指信号的过冲。
•Ringback 指信号的振铃。
现代电路设计中的信号完整性分析
现代电路设计中的信号完整性分析在当今高度数字化和集成化的电子世界中，电路设计的复杂性日益增加。
信号完整性已经成为确保电子系统可靠运行的关键因素之一。
简单来说，信号完整性指的是信号在传输过程中保持其准确性、完整性和时序特性的能力。
如果信号完整性出现问题，可能会导致系统性能下降、数据错误、甚至系统崩溃。
那么，为什么信号完整性在现代电路设计中如此重要呢？随着电子设备的工作频率不断提高，信号的传输速度也越来越快。
在高速情况下，信号的行为不再像在低速时那样简单和可预测。
例如，信号在传输线上可能会出现反射、串扰、衰减等现象，这些都会影响信号的质量。
反射是信号完整性中的一个常见问题。
当信号在传输线的终端遇到阻抗不匹配时，就会发生反射。
这就好像声音在一个封闭的房间里反射一样，会产生回声。
在电路中，反射会导致信号的失真和叠加，可能会引起误码或者时序错误。
串扰则是另一个需要关注的问题。
当相邻的传输线之间存在电磁场耦合时，就会发生串扰。
一条线上的信号可能会干扰到相邻线上的信号，导致信号的噪声增加，影响系统的性能。
衰减也是不可忽视的。
信号在传输过程中会因为电阻、电容和电感等因素而损失能量，导致信号的幅度减小。
如果衰减过大，可能会使接收端无法正确识别信号。
为了确保信号完整性，电路设计师需要在设计阶段就进行充分的分析和优化。
首先，要合理选择传输线的类型和参数。
不同类型的传输线，如微带线、带状线等，具有不同的特性，适用于不同的应用场景。
同时，传输线的阻抗、长度、宽度等参数也需要根据信号的频率和特性进行精心设计。
其次，布局和布线也是至关重要的。
在电路板上，元件的布局应该尽量减小信号传输的路径长度，减少反射和串扰的可能性。
布线时，要遵循一定的规则，如保持传输线之间的间距、避免直角转弯等。
电源和地的设计也会影响信号完整性。
稳定的电源供应是保证电路正常工作的基础，而良好的接地可以减少噪声和干扰。
在进行信号完整性分析时，通常会使用一些专业的工具和技术。
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。
信号完整性分析范文
信号完整性分析范文信号完整性分析（Signal Integrity Analysis）是指对数字电路、高速信号传输、功耗分布等进行综合考虑的电路设计步骤。
在现代电路设计中，信号完整性的问题日益凸显，尤其是在高速通信和高性能计算中的应用。
信号完整性分析的目的是要确保信号在传输过程中能够保持原有的质量，不受噪声、时钟偏移、时序失真等问题的影响。
信号完整性分析是一个复杂的过程，它涉及到多个方面的考虑和分析。
首先，需要考虑信号的传输线特性。
在高速设计中，传输线会产生反射、衰减和串扰等问题。
因此，必须对传输线的阻抗匹配、终端匹配和信号层次分割等进行精确计算和模拟，以确保传输线上的信号质量达到要求。
其次，信号完整性分析还需要考虑时钟偏移和时序失真等问题。
时钟偏移是指信号的时钟源和接收器之间存在的时间差异，会导致信号的采样时机发生偏移，进而影响到信号的稳定性和可靠性。
时序失真是指信号在传输过程中，由于信号传播速度的有限性而导致的时序错位和失真问题。
这些问题都需要通过精确的电路模拟和时序仿真来进行分析。
此外，信号完整性分析还需要考虑功耗分布和电磁干扰等问题。
功耗分布是指电路中各个模块和子电路的功率分布情况，对功耗密度的分析能够帮助设计师优化电路结构和提高效能。
而电磁干扰是指信号传输过程中由于电磁场的相互作用而产生的干扰问题，需要通过电磁模拟和电磁兼容性分析来解决。
面对复杂的信号完整性问题，现代电路设计通常采用一系列的设计和验证流程来确保信号的完整性。
首先，对电路进行设计规范和约束的制定，包括信号的最大频率、时序要求、电压幅度等。
然后，在设计阶段对电路进行仿真和分析，利用电磁场分析、传输线模型、时钟源校准等手段对信号的完整性进行评估。
最后，在芯片或电路板的制造和调试阶段，需要进行物理测量和分析，对实际的电路性能进行验证。
综上所述，信号完整性分析是现代电路设计中不可或缺的一环。
它不仅需要考虑传输线特性、时序失真等问题，还需要关注功耗分布和电磁干扰等方面的因素。
信号完整性
信号的传输速度取决于电场合磁场建立
因素 线宽 介质厚度 介电常数 绿油厚度 铜箔厚度
趋势 线宽越大，阻抗越小 介质越厚，阻抗越大 值越大，阻抗越小
越厚，阻抗越小 越厚，阻抗越小
原因 电流越分散，电感越小；电容越大（电力线越集中在介质中）
互感减小，电感就增大；间距增大，电容减小 单位长度电容越大，对电感没有影响
如果末端负载开路，则末端的瞬态阻抗为无穷大 ，此时反射系数值为1，在末路端将产生一
个和入射波大小相等、极性相同，向源端传播的返回波。在这种情况下，反射点处电压翻倍
（2）负载端短路
如果传输线的末端与返回路径短路，则末端阻抗为0，此时反射系数为-1，传输系数为0，在
末端将产生一个和入射波大小相等、极性相反，流向返回路径的信号。反射点处电压为0
Lloop=La - Lab+ Lb - Lab = La + Lb - 2Lab 影响回路电感大小的最重要一项就是两支路的互感，互感越大回路电感越小。因此，想要减 小回路电感，就需要让信号路径和返回路径越靠近。
趋肤效应：高频电流流过导体时，电流会趋向导体表面分布。高频时，导体的阻抗主要由回 路电感产生的感抗大小决定，导体中的电流回沿回路阻抗即电感最小路径重新分布。
微带线返回电流分布示意图
带状线返回电流分布示意图
1.7 有损传输线及其模型
实际上传输线中的信号都是有损耗的，并不能都传送到末端。传输线的损耗和以下一些因素
传输线理论与分析方法
传输线理论与分析方法传输线是电子系统中常见的一种重要组成部分，它用于在电路之间传输信号或能量。
在现代通信和电子设备中，传输线的理论和分析方法具有重要的意义。
本文将介绍传输线理论的基本原理和常用的分析方法。
一、传输线的基本原理传输线是由两个或多个导体构成的电路连接线路。
它们可以是导线、导轨、传感器等，常见的传输线包括同轴电缆和微带线。
传输线的特性主要由电线的参数以及介质参数决定。
其中，导线的电阻、电感和电容对信号的传输和衰减起着重要的作用，而介质的介电常数和介电损耗则影响着信号的传播速度和衰减程度。
传输线理论的基本原理是基于麦克斯韦方程组，其中包括麦克斯韦方程和电流连续性方程。
通过对麦克斯韦方程组进行适当的变换和处理，可以得到传输线上的电压和电流之间的关系，并进一步分析传输线的特性。
二、传输线的分析方法1. 传输线的参数测量为了准确地分析和设计传输线，首先需要测量传输线的参数。
传输线的重要参数包括特性阻抗、波速和传播常数等。
特性阻抗是指传输线上的单位长度阻抗，波速是指电磁波在传输线上的传播速度，传播常数是指电磁波在传输线上沿着传输线方向传播所需的时间。
通过合适的测试仪器和方法，可以准确地测量这些参数。
2. 传输线的传输方程传输线的传输方程用于描述传输线上电压和电流之间的关系。
传输方程是基于传输线上的电压和电流的时域分布特性推导得到的，它是解析传输线性能和响应的重要工具。
传输方程可以通过求解麦克斯韦方程组得到，常见的传输方程有时域传输方程和频域传输方程两种。
3. 传输线的等效电路模型为了方便对传输线进行分析和设计，可以使用等效电路模型来简化传输线的复杂性。
常见的传输线等效电路模型有lumped模型和distributed模型。
lumped模型将传输线视为集中元件，其中的电阻、电感和电容等参数可以简化为一个等效元件。
distributed模型则将传输线视为无限个微元件组成的网络，可以更精确地描述传输线的行为。
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。
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。
信号完整性的分析报告
信号完整性的分析报告关于信号完整性的分析报告篇一：信号完整性分析--信号反射信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。
对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号所感受到的只有阻抗。
如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，不论是什么引起的（可能是中途遇到的电阻，电容，电感，过孔，PCB转角，接插件），信号都会发生反射。
那么有多少被反射回传输线的起点？衡量信号反射量的重要指标是反射系数，表示反射电压和原传输信号电压的比值。
反射系数定义为：ρ= Z2Z1。
其中：Z1为变化前的阻 Z2Z1抗，Z2为变化后的阻抗。
假设PCB线条的特性阻抗为50欧姆，传输过程中遇到一个100欧姆的贴片电阻，暂时不考虑寄生电容电感的影响，把电阻看成理想的纯电阻，那么反射系数为：ρ=100501，信号有1/3被反射回源端。
如果传输信号的电压是3.3V电压，100503 反射电压就是1.1V。
纯电阻性负载的反射是研究反射现象的基础，阻性负载的变化无非是以下四种情况：阻抗增加有限值、减小有限值、开路（阻抗变为无穷大）、短路（阻抗突然变为0）。
阻抗增加有限值：反射电压上面的例子已经计算过了。
这时，信号反射点处就会有两个电压成分，一部分是从源端传来的3.3V电压，另一部分是在反射电压1.1V，那么反射点处的电压为二者之和，即4.4V。
阻抗减小有限值：仍按上面的例子，PCB线条的特性阻抗为50欧姆，如果遇到的电阻是30欧姆，则反射系数为ρ=3050=-0.25，反射电压为3.3*（-0.25）V= -0.825V。
此时反射点电压为3.3V+3050（-0.825V）=2.475V。
开路：开路相当于阻抗无穷大，反射系数按公式计算为1。
即反射电压3.3V。
反射点处电压为6.6V。
可见，在这种极端情况下，反射点处电压翻倍了。
短路：短路时阻抗为0，电压一定为0。
信号完整性(SI)分析-7~8传输线模型、时延、阻抗与返回路径
7.4
铜中电子的速度
实际上，铜导线中的电子速度比信号的速度要低100亿倍。 导线中电子的速度与信号的速度没有任何关系。 如图 7.5 所示，根据每秒钟通过横截面的电子数、导线 中的电子密度和导线的横截面积就可以计算出导线中电子 的速度。导线中的电流为：
(7.1) 从上式中，我们可以导出计算电子速度的公式： (7.2)
7.3
均匀传输线
按传输线的几何结构来对传输线分类。 几何结构中两个基本特征是：导线沿线横截面的均匀程 度和两导线的相似/对称程度。 如果导线上任何一处的横截面相同，如同轴电缆，称这 种传输线为均匀传输线。 图7.4给出了各种均匀传输线。
twisted pair ──双绞线 coplanar ──共面线 embedded microstrip ──嵌入微带线
其中： I 导线中流过的电流，安培 ΔQ 某时间段内流过的电量，库伦 Δt 某时间段 -19 q 一个电子所带的电量，大小为1.610 库伦 n 自由电子的密度，个数/立方米 A 导线的横截面积，平方米 v 导线中电子的速度，米/秒
图7.5 电子在导线中运动。每秒钟通过的电子数就是电流，它与 电子的运动速度和电子密度有关
传输线是一种新的理想电路元件。两个非常重要的特征： 特性阻抗和时延，最关心的是信号与传输线的相互作用。 理想传输线的电气特性在某些情况下是可以用 L-C 组合 来近似的。但是，与 L-C 近似相比，理想传输线模型(彻底
的分布式)的性能与实际互连线的实测性能更加吻合； 模型的
带宽也更高。将理想传输线这一电路元件添加到工具箱中， 明显增强对信号与互连线相互作用的表达能力。
7.6
前沿的空间延伸
每个信号都有一个上升时间 RT，表示从 10％上升到 90％ 的时间。 信号在传输线上传输， 前沿在传输线上拓展开来， 呈现出空间上的延伸。如果我们停滞时间并观察传输线上 电压分布的情况，发现如图 7.7 所示。
传输线理论与特性分析
传输线理论与特性分析传输线是一种用于将电信号传输或传递能量的导线或导体系统。
它在电子通信领域中起着至关重要的作用。
本文将对传输线的理论和特性进行分析，探讨其在通信领域中的重要性和应用。
一、传输线的定义和基本原理传输线是由两根或多根导线组成的导体系统，常用于高频信号传输或传递能量。
传输线可以是电缆、微带线、同轴电缆等。
它是以电磁波的形式传输信号，其传输过程受到电磁场的影响。
传输线的基本原理是电磁波在导线中的传播。
当信号通过传输线传输时，导线上会形成横向电磁场和纵向电磁场。
横向电磁场是电信号在传输线上传播时产生的，而纵向电磁场是信号在传输线上传输时形成的。
二、传输线的特性1. 传输线的传输常数：传输常数描述了电磁波在传输线中传播的速度和衰减性能。
传输常数通常由传输线的电感和电容决定。
2. 传输线的阻抗：传输线的阻抗是指传输线两个导线之间的电压和电流之间的比值。
阻抗决定了信号在传输线上的传输方式和能量传输效率。
3. 传输线的衰减：传输线的衰减是指信号在传输过程中逐渐减弱的情况。
衰减会导致信号质量的下降和传输距离的限制。
4. 传输线的延迟：传输线的延迟是指信号在传输线上传播所需要的时间。
延迟会对实时性要求较高的应用产生影响。
5. 传输线的波阻抗：传输线的波阻抗是指当传输线上存在电磁波时，电磁波与传输线之间的阻抗。
波阻抗决定了信号在传输线上的传输特性。
三、应用领域1. 通信系统：传输线在通信系统中被广泛应用。
例如，光纤通信系统中的光纤可以看作一种传输线，用于传输光信号。
同样，微带线和同轴电缆等传输线也被用于传输高频信号。
2. 高速数字系统：在高速数字系统中，传输线用于将信号从一个点传输到另一个点，确保信号的稳定和准确性。
例如，计算机内部的总线系统就是一种传输线。
3. 射频电子学：在射频电子学中，传输线被广泛应用于天线、收发器和射频模块等设备中，用于传输无线电频率信号。
4. 电力传输系统：电力输送线也可以看作是一种传输线，用于将电能从发电厂输送到用户。
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二、信号完整性分析（Signal Integrity）
§1.什么是信号的完整性
信号完整性（英语：Signal integrity, SI）是对于电子信号质量的 一系列度量标准。 在数字电路中，一串二进制的信号流是通过电压（或电流）的波 形来表示。然而，自然界的信号实际上都可以看做是模拟的，所有的 信号都受噪音、扭曲和损失影响。在短距离、低比特率的情况里，一 个简单的导体可以忠实地传输信号。而长距离、高比特率的信号如果 通过导体，有多种效应可以降低信号的可信度，这样系统或设备将可 能无法正常工作。 信号完整性差不是由单一因素造成的，而是由板级设计中多种因素 共同引起的。破坏信号完整性的原因包括反射、振铃、地弹、串扰等。 随着信号工作频率的不断提高，信号完整性问题已经成为高速PCB工 程师关注的焦点。
特征阻抗是均匀传输线的瞬时阻抗， 具有瞬时阻抗的所有特点。所谓的均匀 传输线，诸如PCB上的微带线，和同轴 电缆等等。 特征阻抗Z0= 1 / (V*CL)
传输线理论
§3.传输线差分/共模阻抗和奇模/偶模阻抗之间的关系
传输线差分阻抗和共模阻抗概念比较容易理解，但是奇模偶模 阻抗概念比较难理解。 奇模和偶模是相对于地来说的，以地作为参考面。而差分线是相 对于2根线之间的关系来说的。下图是奇模和偶模的模型图：
传输线理论
§2.传输线令人迷惑的阻抗
阻抗是什么？和电阻有什么不同？为什么经常会说50欧姆阻抗， 75欧姆阻抗的概念？初学者可能会被这一系列问题困扰。电阻是直 流特性，不考虑电感和电容效应。而在交流信号的时候则需要考虑 电感和电容，阻抗也一般就是指交流阻抗。那什么是特征阻抗呢 (Characteristic Impedance)？先了解一下什么是瞬时阻抗 (instantaneous impedance)吧。 因为在信号线条和返回地平面间存在寄生电容，如下图所示。 当信号向前传播过程中，A点处电压不断不变化，对于寄生电容来 说，变化的电压意味着产生电流，方向如图中虚线所示。因此信号 感受到的阻抗就是电容呈现出来的阻抗，寄生电容构成了电流回流 的路径。信号在向前传播所经过的每一点都会感受到一个阻抗，这 个阻抗是变化的电压施加到寄生电容上产生的，通常叫做传输线的 瞬态阻抗。
传输线理论
4.如果不同层的信号存在严重的干扰（如M3和M4之间），那么走 线时要让这2层走线方向垂直
*这是通常的基本原则。相互垂直的线，电场和磁场也分别是相互垂直的， 可以减少相互间的串扰。
5.如果可能的话，信号走带状线或者嵌入式微带线，以减少传播速 度变化的影响。 6.减少线之间平行距离的长度。走线应该使平行长度尽量短，使网 络间耦合的部分尽量小。 7.合理分布板子上元件，使走线的拥挤程度最低。
*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
每个单元传输的时间Δ t=Δ x/V Z = 电压/通过电流 C =CL*Δ x （CL=单位长度电容） Δ Q = C*V I = Δ Q/Δ t = (v*CL*Δ x*V)/Δ x = v*CL*V 最终的出：Z = V/I =V/V*CL*V = 1/v*CL 瞬时阻抗的特点是： 和电容成反比 看上去像电阻 只和自身内在的特性有关 和长度无关
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 :
*还是在几何空间上减少干扰
*带状线的传播速度是不受串扰影响的，而微带线会受串扰影响。传输线传 播速度变化会引起时序问题，所以尽量走嵌入式微带线。
8.使用慢的上升/下降沿。但是这样做需要很谨慎，因为这样做可能 会带来其他负面影响。
*减小上升/下降沿，其实就是减小了系统最高频率。系统的最高频率取决 于上升/下降沿，而不是系统信号的频率。有时候是不能减小边沿速率的。
信号完整性分析（Signal Integrity）
§2.什么时候你应该进行信号完整性分析
“有两种电子工程师，一种是已经遇到了信号完整性问题，另一 种即将遇到信号完整性问题”
Eric Bogatin大师的名言已经说明了 SI在现在电子设计领域中的重要性，但是 对于“何时应该考虑信号完整性”，答案 也是各种各样，基本上为以下几种： 1.凡是频率大于50MHZ的信号(也有说30MHz), 就是高速信号 2.当信号上升沿(或者下降沿)时间小于50ps时，就认为是高速信号 3.当信号所在的传输路径长度大于1/6倍传输信号波长时，就认为 是高速信号 4.当信号沿着传输路径传输，发生了严重的趋附效应时，被认为 是高速信号
奇模（odd）是两个相位相反的电压信号， 偶模（even）是两个相位相同的信号。
如果差分和共模的情况的话，如下图所示：
对于差分信号来说，差分信号阻抗是奇模阻抗的2倍。 对于共模信号来说，共模信号阻抗是偶模阻抗的一半。
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传输线理论
§4.避免传输线串扰的8个设计原则
1.在走线约束允许的情况下，应该使每根线之间的间距S尽量的大
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。