信号完整性分析讲稿3讲

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信号完整性分析PPT课件

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SI简介
• 学习SI的目的 a.什么是典型的信号完整性问题？ b.这些问题来自哪里？ c.为什么有必要去理解SI问题？ d.如何去分析和解决SI问题？ e.如何去做SI测试？
30.11.2020
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• SI的内容 SI简介
信号完整性它包含两方面的内容，一是独立信号的质量，另一个是时序。我们在电子设计的过程中不得不考虑两个问题：信号有没有按时到达目的地？信号达到目的地后它的质量如何？所以我们做信号完整性分析的目的就是确认高频数字传输的可靠性。
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SI简介
• 数据采样及时序例子
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SI简介
• 数据采样及时序例子从这个图里面我们可以清楚地看到数据必须准时到达逻辑门而且在接收端期间开始锁存前必须确定它们的逻辑状态。任何数据的延迟或者失真都会导致数据传输的失败。失败有两种可能：一个是因为接收端根本就无法识别数据；另一个是接收端虽然识别了数据，但数据因为失真而导致错误。
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SI简介
• SI的重要性
随着高频数字电路的不断发展，SI问题变得越来越引人注目，数字电路的频率越高，出现SI问题的可能性就越大，对设计工程师来说，他的挑战也就越大。很多SI问题实际上都是自然界中的电磁现象，所以SI问题跟EMI/EMC是息息相关的。
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SI简介
• 理想逻辑电压波形
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SI简介

信号完整性分析 ppt课件

图0-0 五种PCB及系统级中的互连线条形式
信号完整性分析
• 点到点
• 近、远端簇
• 菊花链
• 周期性加载
图0-1 单个网络的各种互连拓扑情况
图0-2 高速IEEE-1394视频采集系统
物理互连本身的电阻、电容、电感和传输线效应影响了系统性能。SI分析一书的作者Eric将后果归结
为信四类号SI完问整题：性分析
• 反射(reflection)；
• 串扰(crosstalk)；
• 电源轨道塌陷(rail collapse)；
• 电磁干扰(EMI)。
此种划分系一家之言！该书属入门读物，后两种涉及不深。
图0-3 四种信号完整性问题图解
图0-4 实际互连的阻抗不匹配示例，多分支更是如此
图0-5 振铃曲线，是由于阻抗不匹配造成的反射所致
• Ansoft: HFSS（高频结构仿真器）、SI2D
信号完整性分析
• 阻抗分析仪； • 矢量网络分析仪(VNA)； • 时域反射仪(TDR)。
1. 阻抗分析仪：频域, 正弦电流源+电压表 (直接测)； 2. 矢量网络分析仪(VNA)：频域, 电压源＋电压表(间接测)； 3. 时域反射仪(TDR)：时域, 信号源＋示波器 (间接测)。
升边将增加到100ps。
图0-10 由于有损线造成的上升边退化
信号完整性分析
• 经验法则； • 解析近似； • 数值仿真 (有场和路两种途径)； • 实际测量。
信号完整性分析
• SPICE（侧重IC的仿真程序） • Mentor公司：Hyperlynx • Candence公司：SigXP（SigXplorer） • Agilent公司：ADS
物理互连（Interconnect ）包括四个层次：芯片内连线、芯片封装、PCB及系统互连。它们决定高速信号、数据和电源质量。三个高密度载体为：芯片系统SOC、板级系统SOB、封装系统 SOP。

信号完整性ppt课件

导电平面就像一个镜子，镜像电路与原电
路电流方向相反，并以平面对称。这样由
于互感影响，该涡流会较大的减小原电路
的回路自感。
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电感的物理基础
•
悬空平面越靠近回路，回路的电感就
越小，如下图：
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传输线的物理基础
• 一、信号信号总是指信号路径和返回路径之间相
邻两点的电压差，该原则适用于所有传输线，无论是单端还是差分传输线。
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
• 四、传输线的瞬态阻抗及特征阻抗传输线的瞬态阻抗并不是PCB上导线的电阻。如
果我们在一根导线上加一个电压，该电压信号从一端传输到另一端的过程中所受到的阻抗即为瞬态阻抗，当一定时间后，整根导线上的电源稳定后，导线表现出的阻抗与瞬态阻抗肯定不一样，稳定后的电阻才是我们平时所指的电阻。瞬态阻抗仅由传输线的两个固定参数决定，即传输线的横截面积和材料特性共同决定，与传输线的长度无关。计算公式为（只考虑电容效应的近似计算）：
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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。
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信号完整性分析(于博士信号完整性研究网).doc

1.信号完整性：PCB走线中途容性负载反射很多时候，PCB走线中途会经过过孔、测试点焊盘、短的stub线等，都存在寄生电容，必然对信号造成影响。

走线中途的电容对信号的影响要从发射端和接受端两个方面分析，对起点和终点都有影响。

首先按看一下对信号发射端的影响。

当一个快速上升的阶跃信号到达电容时，电容快速充电，充电电流和信号电压上升快慢有关，充电电流公式为：I=C*dV/dt。

电容量越大，充电电流越大，信号上升时间越快，dt越小，同样使充电电流越大。

我们知道，信号的反射与信号感受到的阻抗变化有关，因此为了分析，我们看一下，电容引起的阻抗变化。

在电容开始充电的初期，阻抗表示为：这里dV实际上是阶跃信号电压变化，dt为信号上升时间，电容阻抗公式变为：从这个公式中，我们可以得到一个很重要的信息，当阶跃信号施加到电容两端的初期，电容的阻抗与信号上升时间和本身的电容量有关。

通常在电容充电初期，阻抗很小，小于走线的特性阻抗。

信号在电容处发生负反射，这个负电压信号和原信号叠加，使得发射端的信号产生下冲，引起发射端信号的非单调性。

对于接收端，信号到达接收端后，发生正反射，反射回来的信号到达电容位置，那个样发生负反射，反射回接收端的负反射电压同样使接收端信号产生下冲。

转载请注明出处：。

为了使反射噪声小于电压摆幅的5%（这种情况对信号影响可以容忍），阻抗变化必须小于10%。

那么电容阻抗应该控制在多少？电容的阻抗表现为一个并联阻抗，我们可以用并联阻抗公式和反射系数公式来确定它的范围。

对于这种并联阻抗，我们希望电容阻抗越大越好。

假设电容阻抗是PCB走线特性阻抗的k 倍，根据并联阻抗公式得到电容处信号感受到的阻抗为：阻抗变化率为：，即，也就是说，根据这种理想的计算，电容的阻抗至少要是PCB特性阻抗的9倍以上。

实际上，随着电容的充电，电容的阻抗不断增加，并不是一直保持最低阻抗，另外，每一个器件还会有寄生电感，使阻抗增加。

因此这个9倍限制可以放宽。

信号完整性分析课件03 Time and Frequency Domain

rise time and bandwidth bandwidth to interconnects, models, and measurements
2.1 The Time Domain
T I P The time domain is the real world. It is the only domain that actually exists. The 10–90 rise time is how long it takes for the signal to transition from 10% of its final value to 90% of its final value. This is usually the default meaning of rise time. The second definition is the 20–80 rise time. The fall time is typically slightly shorter than the rise time and sometimes creates more noise.
We will find that there are multiple ways of looking at a signal, each providing a different perspective. The quickest path to the answer may not be the most obvious path. The different perspectives we will use to look at signals are called domains. In particular we’ll use the time domain and the frequency domain.

李玉山信号完整性分析34 83页PPT文档

正弦波，而在频域中只表示为一个点
用以下三项就可以充分描述正弦波：频率；幅度；相位。频率，通常用 f 来表示，是指每秒中包含的完整正弦波周期数，单位是赫兹。角频率以每秒弧度来度量。弧度像度数一样，描述了周期的一小部分，一个完整周期的弧度为 2π。希腊字母ω通常用来表示角频率，以每秒弧度来度量。正弦波的频率与角频率的关系如下：
仪器信噪比(SNR)高意味着测量质量高。矢量网络分析仪 (VNA) 的信噪比在其整个频率范围内应是恒定的，从 10MHz 到 50GHz 或更高频率，信噪比均为-130dB。
时域反射计(TDR)，有效带宽可高达 10GHz，但信噪比从低频处的+60dB 降至 10GHz 处的+5dB。
提示毕竟，时域是客观存在的，我们不能脱离这个基础，除非频域中有求解答案的捷径。
描述互连电路，常常包括电阻、电感和电容的组合。电路中这些元件可用二阶线性微分方程描述，这类微分方程的解就是正弦波。
这类电路中，实际产生的波形就是由上述微分方程的解所对应的波形组合而成。
实际的电路模型含电阻、电感、电容、传输线。输入信号是任意波形。电路不同，对输入加工处理的结果也不同。
其中： ω：角频率，弧度／秒 π：常量，为 3.14159... f：正弦波频率，赫兹
(2.2)
例如，若正弦波的频率是 100MHz，那么它的角频率就等于 2×3.14159×100MHz～6.3×108 弧度／秒。
幅度是中间值之上的波峰高度的最大值。水平方向之下和水平方向之上的峰值相等。
相位较复杂些，它给出的是从时间轴起点波的起始位置。相位以圆周、弧度或度为单位。
此时，在频域中绘制一个正弦波，仅需一个数据点。这就是要在频域中研究问题的关键原因。

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。

按公式计算反射系数为-1，说明反射电压为-3.3V，因此反射点电压为0。

信号完整性的讲义

1、信号完整性的含义................................................................................................................ - 1 -2、一种新的产品设计方法学.................................................................................................... - 2 -3、测量的作用 ........................................................................................................................... - 3 -4、带宽和上升时间的关系........................................................................................................ - 3 -5、用阻抗描述信号完整性........................................................................................................ - 4 -6、方块电阻 ............................................................................................................................... - 4 -7、去耦电容 ............................................................................................................................... - 4 -8、单位长度电容 ....................................................................................................................... - 4 -9、电源分布系统和回路电感.................................................................................................... - 5 -10、信号 ..................................................................................................................................... - 5 -11、传输线的阻抗...................................................................................................................... - 5 -12、信号的返回路径.................................................................................................................. - 7 -13、地弹噪声 ............................................................................................................................. - 7 -14、特性阻抗与频率的关系...................................................................................................... - 7 -15、信号的反射 ......................................................................................................................... - 8 -16、传输线的串扰...................................................................................................................... - 8 -17、近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)............................................................................... - 8 -18、近端串扰 ............................................................................................................................. - 9 -19、远端串扰 ............................................................................................................................. - 9 -20、减小远端串扰的原则：.................................................................................................... - 10 -21、串扰和时序 ....................................................................................................................... - 11 -22、开关噪声 ........................................................................................................................... - 11 -关于信号完整性1、信号完整性的含义信号完整性是指在高速产品中由互连线引起的所有问题。

第7章信号完整性分析.ppt

1）设置简便——就像在PCB编辑器中定义设计规则一样定义
《电
设计参数(阻抗、上冲、下冲、斜率等)。
子
2）通过运行DRC，快速定位不符合设计需求的网络。
线
路
3）无需特殊经验要求，从PCB中直接进行信号完整性分析。
辅助
4）提供快速的反射和串扰分析。
设计
5）利用I／O缓冲器宏模型，无需额外的SPICE或模拟仿真知
电子
一旦发现违规（violation），就会被标记出来（显示为
线高亮度），提醒注意，同时如果PCB浏览管理器设为违
路
辅规浏览模式，其中会显示违规的名称和具体内容。
助
设
实时检查并不是有多少规则，就检查多少项，而是
计只检查设定项目，检查的项目可以调整，这种调整是通
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过执行“Tools\Design Rule Check…”命令进行的，在 99 “Design Rule Check…”对话框的“On-Line”标签页中》完成。
辅
沿）”对话框，如图7-13所示。
助
设
计
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99 》
第7章信号完整性分析
六、信号基值(Base Value)
基值是信号在低状态时的稳定电压值，示意图见图7-14。该
《
规则定义了允许的最大的基值电压。在图7-3中选择第6项，即
电子
Base Value项，单击“Add”按钮，弹出“Base Value”对话框，如
第7章信号完整性分析
Protel 99 SE提供了多种设计规则，用户可对这些
《
设计规则进行重新定义。如图7-29所示。
电
子