信号完整性分析基础
信号完整性分析基础系列之一——眼图测量
信号完整性分析基础系列之一——关于眼图测量（上）汪进进美国力科公司深圳代表处内容提要：本文将从作者习惯的无厘头漫话风格起篇，从四个方面介绍了眼图测量的相关知识：一、串行数据的背景知识; 二、眼图的基本概念; 三、眼图测量方法; 四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势。
全分为上、下两篇。
上篇包括一、二部分。
下篇包括三、四部分。
您知道吗？眼图的历史可以追溯到大约47年前。
在力科于2002年发明基于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。
您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。
很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。
这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调试工具的。
在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。
那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。
之后我Google“眼图”，看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。
刚刚我再次Google“眼图”，仍然没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。
网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。
“在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。
为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。
如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。
于博士信号完整性分析入门(修改)
于博士信号完整性分析入门于争 博士for more information,please refer to 电设计网欢迎您什么是信号完整性?如果你发现，以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了，同样的设计，以前没问题，可是现在却无法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件设计中最核心的问题：信号完整性。
早一天遇到，对你来说是好事。
在过去的低速时代，电平跳变时信号上升时间较长，通常几个ns。
器件间的互连线不至于影响电路的功能，没必要关心信号完整性问题。
但在今天的高速时代，随着IC输出开关速度的提高，很多都在皮秒级，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。
另外，对低功耗追求使得内核电压越来越低，1.2v内核电压已经很常见了。
因此系统能容忍的噪声余量越来越小，这也使得信号完整性问题更加突出。
广义上讲，信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。
主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。
信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。
即使布线拓扑结构没有变化，如果采用了信号上升时间很小的IC芯片，现有设计也将处于临界状态或者停止工作。
下面谈谈几种常见的信号完整性问题。
反射：图1显示了信号反射引起的波形畸变。
看起来就像振铃，拿出你制作的电路板，测一测各种信号，比如时钟输出或是高速数据线输出，看看是不是存在这种波形。
如果有，那么你该对信号完整性问题有个感性的认识了，对，这就是一种信号完整性问题。
很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个小电阻，至于为什么，他们中很多人都说不清楚，他们会说，很多成熟设计上都有，照着做的。
或许你知道，可是确实很多人说不清这个小小电阻的作用，包括很多有了三四年经验的硬件工程师，很惊讶么?可这确实是事实，我碰到过很多。
信号完整性分析基础系列之二十四
信号完整性分析基础系列之二十四——关于抖动（上）美国力科公司深圳代表处汪进进写在前面的话抖动话题是示波器测量的最高境界，也是最风云变换的一个话题，这是因为抖动是示波器测量的诸多功能中最和“数学”相关的。
玩数学似乎是需要一定境界的。
“力科示波器是怎么测量抖动的?”，“这台示波器抖动测量准不准?”，“时钟抖动和数据抖动测量方法为什么不一样？”，“总体抖动和峰峰值抖动有什么区别? ”，“余辉方法测量抖动不是最方便吗？”，“抖动和眼图，浴盆曲线之间是什么?”，…… 关于抖动的问题层出不穷。
这么多年来，在完成了“关于触发（上）、（下）”和“关于眼图（上）、（下）”，“关于S参数（上）（下）”等三篇拙作后，我一直希望有一篇“关于抖动”的文章问世，但每每下笔又忐忑而止，怕有谬误遗毒。
今天，当我鼓起勇气来写关于抖动的时候，我需要特别说明，这是未定稿，恳请斧正。
抖动和波形余辉的关系有一种比较传统的测量抖动的方法，就是利用余辉来查看信号边沿的变化，然后再用光标测量变化的大小（如图1所示），后来更进了一步，可以利用示波器的“余辉直方图”和相关参数自动测量出余辉的变化范围，这样测量的结果就被称为“抖动”。
这个方法是在示波器还没有“测量统计”功能之前的方法，但在90年代初力科发明了测量统计功能之后，这个方法就逐渐被淘汰了。
图1 传统的抖动测量方法这种传统的方法有下面这些缺点：（1）总会引入触发抖动，因此测量的结果很不准确。
（2）只能测量某种参数的抖动，譬如触发上升沿，测量下降沿的余辉变化，反应了宽度的抖动，触发上升沿，测量相邻的上升沿的余辉变化，反应了周期的抖动。
显然还有很多类型的抖动特别是最重要的TIE抖动无法测量出来。
（3）抖动产生的因果关系的信息也无从得知。
定义抖动的四个维度和抖动相关的名词非常多：时钟抖动，数据抖动; 周期抖动，TIE抖动，相位抖动，cycle-cycle抖动; 峰峰值抖动(pk-pk jitter)，有效值抖动(rms jitter);总体抖动(Tj)，随机抖动(Rj)，固有抖动(Dj);周期性抖动，DCD抖动，ISI抖动，数据相关性抖动; 定时抖动，基于误码率的抖动; 水平线以上的抖动和水平线以下的抖动…… 这些名词反应了定义抖动的不同维度。
讲座四信号完整性分析
讲座四 信号完整性分析
4．降低串扰的设计技术
串绕是不可能完全消除的，只能在PCB设计中尽量减小串扰。 通常减小串绕的设计技术如下： 1)根据功能分类逻辑器件系列，保持总线结构被严格控制； 2)避免互相平行的走线布线，走线间要有足够的间隔以最小化 电感耦合； 3)使用相对介电常数较低的叠层； 4)最小化元件间的距离； 5)最小化并行走线的长度；
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4．4．1 信号反射的形成 当传输线上的阻抗不连续时会导致信号 反射。这种不连续可以是走线宽度的变化、 网络终端的不匹配、缺少终端、T型连接器 或二分支走线、布线层间的导孔、变化的 负载和逻辑器件、大电源平面不连续、转 换连接器、走线阻抗的变化等。
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4．4．2 阻抗匹配与端接技术
讲座四 信号完整性分析
2．串扰的特性 1)串扰是线间的信号耦合，在串扰存在的信 号线中，干扰源常常也是被干扰对象，而 被干扰对象同时也是干扰源。 2)串扰分为后向串扰和前向串扰两种，传输 线上任意一点的串扰为二者之和。 3)对于传输周期信号的信号线，串扰也是周 期性的。
讲座四 信号完整性分析
针对以上这些串扰的特性，可以归纳出几种减小串扰的主要 方法： 1)加大线间距，减小走线平行长度，必要时可以以jog方式 走线； 2)串扰大小与线间距成反比，与线平行长度成正比； 3)串扰随电路中负载的变化而变化，对于相同的拓扑结构 和布线情况，负载越大，串扰越大； 4)高速信号线在满足条件的情况下，加入端接匹配可以减 小或消除反射，从而减小串扰； 5)对于微带传输线和带状传输线，将走线高度限制在高于 地线平面lOmil以内，可以显著减小串扰；
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４．３信号完整性分析模型
印制电路板设计的S1分析模型
信号完整性分析
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信号完整性分析在高速数字系统中 的应用
信号完整性分析在数字信号处理系 统中的应用
高速数字接口设计
应用场景：高速数字接口设计是信号完整性分析的重要应用场景之一
设计目标：保证信号传输的稳定性和可靠性
设计挑战：高速数字接口设计面临着信号传输速度、信号完整性、信号干扰等问题
建立信号完整 性分析的数学 模型
验证模型的准 确性和可靠性
优化模型，提 高分析结果的 准确性和可靠 性
仿真分析
仿真模型搭建：根 据实际电路搭建仿 真模型
仿真参数设置：设 置仿真参数，如频 率、阻抗等
仿真结果分析：分 析仿真结果，如信 号质量、时延等
仿真优化：根据仿 真结果进行优化， 如调整电路参数、 增加滤波器等
结果解读与优化建议
结果解读：根据分析结果，判断信号的完整性 优化建议：针对分析结果，提出针对性的优化方案 实施方案：根据优化建议，制定实施计划并执行 效果评估：对优化后的信号进行再次分析，评估优化效果
信号完整性分析的 应用场景
高速数字系统设计
信号完整性分析在数字电路设计中 的应用
信号完整性分析在数字通信系统中 的应用
信号完整性分析的 流程
确定分析目标
确定信号完整性分析的目标， 如提高信号传输质量、降低信 号干扰等
确定分析的范围，如系统级、 模块级、芯片级等
确定分析的指标，如信号传输 延迟、信号抖动、信号失真等
确定分析的方法，如仿真分析、 实验验证等
建立模型
确定信号完整 性分析的目标 和需求
收集和分析信 号完整性相关 的数据
添加副标题
信号完整性分析
汇报人：
信号完整性分析基础之八——抖动的频域分析
在上两篇文章中，我们分别介绍了直方图（统计域分析）和抖动追踪（时域分析）在抖动分析中的应用。
从抖动的直方图和抖动追踪波形上我们可以得到抖动的主要构成成分以及抖动参数的变化趋势。
如需对抖动的构成做进一步的分析，还需要从频域角度去进一步分析抖动的跟踪波形。
抖动的频谱即是对抖动追踪（jitter track）波形做FFT运算。
如下图1所示为一个时钟周期测量参数的追踪、频谱分析步骤及效果，在抖动频谱图上可以清楚的看出某两个频率值点抖动比较大：图1 抖动频谱黄色为实际采集到的时钟波形（C1通道）P1测量C1通道时钟信号的时钟周期F7函数对P1测量参数进行跟踪F6对F7进行FFT分析下图2所示为一典型的串行信号抖动追踪频谱图，从图中可看出各种抖动成分；DDj和Pj为窄带频谱（三角形谱或者谱线）但是DDj和Pj的区别是由于DDj是和码型相关的，其频率fDDJ一般会是数据位率的整数倍，如果Pj的频率fPJ正好等于fDDJ，那么从抖动的频谱图里面是很难将DDj和Pj精确的分开的，所以通常在抖动分解的过程中一般通过时域平均的方法来分解DDj；BUj主要由于串扰等因素引起的，一般分为两种，一种是窄带，但幅度较高，很显然这类BUJ也是很难和PJ区分开的，除非我们知道引起BUJ的源头，知道其频率，所以说我们在抖动测试时得到的PJ一般会包含这类BUJ(所以通常情况下对这类BUJ不加区分，直接算做PJ，而将BUJ分类为PJ和OBUJ，在之前的抖动分类文章中有提及)；另外一类是宽带的BUJ（很多时候也叫OBUJ，other bounded uncorrelated jitter），幅度很小，基本会埋没到RJ中去，这类抖动很容易被误算作RJ，目前使用在示波器上的抖动分解软件只有Lecroy最近推出的SDAII（基于NQ-SCALE抖动分解理论）能够较好的将这类抖动从Rj中剥离出来；RJ是宽带频谱，幅度很小。
图2 典型的数据抖动频谱图构成在Lecroy示波器的SDAII抖动分析软件中，是先通过时域平均的方法分离出DDJ.然后在对抖动追踪波形做FFT分析。
信号完整性分析
一所要面临的问题二一些有用的常识三电感电容及电阻的基础以及要注意的问题四传输线的问题以及反射等问题五有损线的损耗六差分信号和查分对的问题一所要面临的问题一单一网络的信号完整性二两个或多个网络间的串扰三电源和地分配中的轨道塌陷四来自整个系统中的电磁干扰和辐射一个重要的概念1：带宽的问题（注释2）对任意一个非理想的方波信号而言（电子系统这种波形非常常见，比如系统的时钟），该信号均可认为是由同频率的基波信号和高次谐波叠加而成。
假设一个1GHz 的时钟它是有1G 的基波加3次谐波再加5次谐波再加7次谐波组成的。
那个这个时钟信号的带宽就是7G.如果加到31次谐波了，那么这个信号的带宽就是31G。
随着叠加的谐波数越多叠加后的信号就越接近完美的方波。
换句话说那就是10%到90%上升时间越小。
可见信号的上升时间决定了信号的带宽。
这样确定系统时钟的上升时间就非常重要了。
为什么上升时间会这么重要呢？下面举例说明：大多数电路板而言会采用FR4板材，FR4板并非理想的无耗板材。
损耗的机理有两种第一导体损耗，第二介质损耗。
比损耗更为严重的是损耗对不同频率信号的损耗是不同，因为在物理上这涉及到介质充放电过程的快慢以及带来的损耗。
对一个4英寸（4000mil）的FR4传输线而言，这样的导线对8GHz的信号损耗达到能量的50%或幅值的70%.试想如果用这样的线去传导一个带宽为9G的1GHz的方波会怎样？结果就是组成这个方波的信号中九次谐波分量被严重损耗，而其他谐波分量也将不同成度的损耗。
这就导致方波的上升沿退化，比如原来上升边是50ps变成了1.5ns。
如果传输的信号频率是10MHz影响不大。
如果传输信号是500M，（2ns的周期）这下麻烦就大了去了。
下面引入带宽和上升时间的关系这是一个近似的经验上的估计：对于10%到90%上升时间来讲关系为：BW=0.35/RT(RT为10%到90%上升时间)也有一些资料给的上升时间是20%-80%上升时间。
第13章 信号完整性分析[31页]
![第13章 信号完整性分析[31页]](https://img.taocdn.com/s3/m/5273941f5acfa1c7aa00cc9b.png)
13.6.4.设置信号完整性分析的规则
1.在PCB编辑环境中，执行【Design】/【Rule】命令，则系统弹出PCB 规则和约束编辑器。 2.选择其中的“Signal Integrity”选项，新建一个信号下降沿过冲（Overshoo t-Falling Edge）的分析规则，具体参数设置对话框如图13-35所示。
13.4.6进行信号完整性分析
1执行【Tools】/【Singnal Integrity…】命令，则系统开始进行初步分析， 打开了信器左下角的
按钮，在弹出的菜单中执行 相关的详细信息，如图所示。
命令，以查看NetR1全部
3.在图13-37中双击“NetR1”行或选中“NetR1”行，再单击>，NetR1添加 到右边的网络栏中，与该网络线连接的元器件的名称添加到右边元件符 栏中。如图所示。
13.4.2信号完成性分析项目的建立
。 1. 完成环形振荡电路项目的建立，如图所示
2. 完成环形振荡电路图原理图绘制，如图所示。
3. 完成环形振荡电路的PCB布线，如图所示。
13.6.3 设定元件的SI模型，加入规则
13.6.3.1电源规则设置的操作
（1）执行菜单命令【Place】/【Directives】/【PCB layoit】，分别在原理 图中相关的电源符号与接地符号上放置两个PCB布局标签，如图所示。
（5） 双击选中的Supply Nets选项，打开电源网络参数值设置对话框， 输入所设定的电压值为5V，如图所示。
（6） 单击
按钮，依次返回，即完成了直流电源网络规则的设置。
按照同样的操作，可以完成接地网络规则的设置，其电压参数值输入为0V。
13.4.3.2激励信号设置的操作
（1）激励信号规则设置与电源规则设置类似，相同的操作步骤有（1）、 （2）和（3），不同的是在第（4）步，在弹出的选择设计规则类型对话 框Signal Integrity类型中，激励信号选择代表电源网络的Signal Stiulus等 选项，如图所示。
信号完整性分析基础知识
摘要如果您刚刚接触信号完整性分析，或者需要温习这方面的基础知识，那么本白皮书将是您的最佳选择。
在介绍基础知识之前，本白皮书首先回答一个最基本的问题“我需要了解哪些信息”？在基础知识部分，我们首先学习关键网络的识别和分析。
接着讨论传输线，以及因快速边缘率信号所产生的高频噪声引起的各种问题。
最后，我们将了解阻抗的概念，并在阻抗和信号完整性的背景下展开讨论。
现在，让我们从零开始学习信号完整性基础知识。
在开始任何类型的仿真或分析之前，您必须做好哪些准备工作，了解哪些信息呢？您的设计中可能包含成千上万个网络，需要全部进行仿真吗？恐怕不是—您没有足够的时间完成这项工作，事实上也完全没有必要。
因此，您要做的第一件事是确定您的关注对象—设计中究竟哪些是“关键”网络，如何识别这些“关键”网络？关键网络乍一看，“什么是关键网络”，答案似乎并不复杂。
我听到过各种各样的答案，譬如“时钟网络”、“高频网络”、“所有网络都很关键”、“频率超过100 MHz 的网络”，诸如此类，不胜枚举。
这些回答固然有一定的可取之处，但数字印刷电路板有一项您必须考虑的标志性网络特征，即边缘率和走线长度之间的关系。
些网络可能导致信号完整性 (SI) 或电磁干扰(EMI) 方面的问题时，您需要了解开关信号的速度，以确定是否需要首先关注该网络。
当今的硅工艺已纵深扩展至次微米空间，器件的物理特性决定了信号的边缘率越来越快。
归根到底，这意味着您的设计中可能存在问题的网络数量将远远超出您最初的设想。
因此，我们需要一些标准来识别关键网络。
那么，我们应该在哪里寻找这些信息来判断我们的分析对象呢？数据表提供了最快捷的器件管脚特性参考资料。
您可以在这些文档中找到电压摆幅、转换速率/开关时间、输入阻抗以及其他大量信息。
然后，您需要将这些开关数据与走线长度进行比较，确定是否存在问题。
这听起来有些复杂，甚至可能相当繁琐（如果必须手动完成此工作，的确如此）。
这时，您需要使用工具来提供帮助。
信号完整性分析基础
时间参数的定义及测试方法
• 时间参数包括：上升时间，下降时间，正 占空比，负占空比，高电平宽度，低电平宽 度，周期，频率，延迟
上升时间的定义及测试方法
上升时间是指信号从逻辑‘0’跳变到逻辑‘1’时所花费的时间； • 低频信号的上升时间测量
上升时间的定义及测试方法
上升时间是指信号从逻辑‘0’跳变到逻辑‘1’时所花费的时间； 高频信号的上升时间测量
衡量时序的参数
• 衡量时序的参数主要有四个：建立时间，保持 时间，传输延迟，相位偏移。数据是否按时到达 逻辑器件就跟时序里面的相位偏移和传输延迟有 关系，当数据波形的质量有问题时通常会直接影 响到信号的建立时间或者保持时间。因此任何模 块的通信信号都必须在保证信号质量的基础上再 保证时序的恰倒好处。
峰峰值的定义及测试方法平均值是指所捕获波形里面所有点幅度的平均值平均值的定义及测试方法周期平均值是指所捕获波形里面所指定一个周期里所有点幅度的平均值周期平均值的定义及测试方法正过冲是指高电平处的过冲值单位为v或mv或者用百分正过冲的定义及测试方法负过冲的定义及测试方法负过冲是指低电平处的过冲值单位为v或mv或者用百分比表正欠冲的定义及测试方法正欠冲是指高电平处的欠冲值单位为v或mv或者用百分比表负欠冲是指低电平处的欠冲值单位为v或mv或者用百分比表负欠冲的定义及测试方法时间参数的定义及测试方法时间参数包括
正过冲的定义及测试方法
正过冲是指高电平处的过冲值，单位为V或mV或者用百分 比表
负过冲的定义及测试方法
负过冲是指低电平处的过冲值，单位为V或mV或者用百分比表
正欠冲的定义及测试方法
正欠冲是指高电平处的欠冲值，单位为V或mV或者用百分比表
负欠冲的定义及测试方法
负欠冲是指低电平处的欠冲值，单位为V或mV或者用百分比表
信号完整性分析
信号完整性分析《信号完整性分析》作者以实践专家的视角提出了造成信号完整性问题的根源，特别给出了在设计前期阶段的问题解决方案。
这是面向电子工业界的设计工程师和产品负责人的一本具有实用价值的参考书，其目的在于帮助他们在信号完整性问题出现之前能提前发现并及早加以解决，同时也可作为相关专业本科生及研究生的教学指导用书。
作品目录第1章信号完整性分析概论1.1 信号完整性的含义1.2 单一网络的信号质量1.3 串扰1.4 轨道塌陷噪声1.5 电磁干扰1.6 信号完整性的两个重要推论1.7 电子产品的趋势1.8 新设计方法学的必要性1.9 一种新的产品设计方法学1.10 仿真1.11 模型和建模1.12 通过计算创建电路模型1.13 三种测量技术1.14 测量的作用1.15 小结第2章时域与频域2.1 时域2.2 频域中的正弦波2.3 频域中解决问题的捷径2.4 正弦波特征2.5 傅里叶变换2.6 重复信号的频谱2.7 理想方波的频谱2.8 从频域到时域2.9 带宽对上升时间的影响2.10 带宽及上升时间2.11 “有效的”含义2.12 实际信号的带宽2.13 带宽和时钟频率2.14 测量的带宽2.15 模型的带宽2.16 互连线的带宽2.17 小结第3章阻抗和电气模型3.1 用阻抗描述信号完整性3.2 阻抗的含义3.3 实际和理想的电路元件3.4 时域中理想电阻的阻抗3.5 时域中理想电容的阻抗3.6 时域中理想电感的阻抗3.7 频域中的阻抗3.8 等效电气电路模型3.9 电路理论和SPICE3.10 建模简介3.11 小结第4章电阻的物理基础4.1 将物理设计转化为电气性能4.2 互连线电阻的最佳近似4.3 体电阻率4.4 单位长度电阻4.5 方块电阻4.6 小结第5章电容的物理基础5.1 电容中的电流流动5.2 球面电容5.3 平行板近似5.4 介电常数5.5 电源、地平面和去耦电容5.6 单位长度电容5.7 二维场求解器5.8 有效介电常数5.9 小结第6章电感的物理基础6.1 电感的含义6.2 电感定律之一:电流周围将形成闭合磁力线圈6.3 电感定律之二:电感是导体上流过单位安培电流时,导体周围磁力线圈的韦伯值6.4 自感和互感6.5 电感定律之三:当导体周围的磁力线圈匝数变化时,导体两端将产生感应电压6.6 局部电感6.7 有效电感、总电感或净电感及地弹6.8 回路自感和回路互感6.9 电源分布系统和回路电感6.10 单位面积的回路电感6.11 平面和过孔接触孔的回路电感6.12 具有出砂孔区域的平面回路电感……第7章传输线的物理基础第8章传输线与反射第9章有损线、上升边退化和材料特性第10章传输线的串扰第11章差分对与差分阻抗附录A 100条使信号完整性问题最小化的通用设计原则附录B 100条估计信号完整性效应的经验法则附录C 参考文献附录D 术语表心得体会1.信号完整性分析概论1.1信号完整性的含义广义上来说，信号完整形式指，在高速产品设计中由互连线引起的所有的问题。
信号完整性基础之十-总体抖动的算法
信号完整性分析基础系列之十——理解串行数据测试中的总体抖动算法张昌骏 美国力科公司深圳代表处在高速串行数据的测试中，抖动的测试非常重要。
在串行数据的抖动测试中，抖动定义为信号的边沿与其参考时钟之间的偏差。
对于抖动测量值的量化，通常有抖动的峰峰值和有效值这两个参数。
不过，抖动的峰峰值随着测量时间的增加，测量值不断变大，不能将抖动值与误码率直接联系起来，所以对于抖动测试，抖动的峰峰值并不是一个理想的指标来很衡量器件和系统的性能。
总体抖动（Total Jitter ，简称Tj ）为某误码率（Bit Error Ratio ，简称BER ）下抖动的峰峰值，在很多串行数据的规范中通常需要测量误码率为的Tj ，简写为Tj@BER=10e-12。
对于BER 小于10e-8的Tj 的测量，通常只有误码率测试仪BERT 可以直接测量到。
对于示波器，假设该高速信号为2.5Gbps 的PCIe ，单个bit 的时长为Unit interval = 400ps ，假设示波器采样率为20G 采样率，则1个bit 上包括了400ps/50ps = 8个采样点，一次分析1M 个bit 需要8M 的存储深度，如果要测量10个比特的抖动，需要让示波器在8M 的存储深度下扫描100次，由于示波器在8Mpts 时计算抖动已经很耗时，重复100次的测试时间会非常长。
所以示波器测量小于的误码率时的总体抖动必须通过某些算法来估算Tj 。
1210−81210−图1：TIE 抖动图示与抖动概率密度函数（PDF ）基于示波器求解抖动的算法通常在三个领域观察和分析，即时域、频域、统计域。
比如TIE track 即为TIE 抖动在时域的函数；在频域分析抖动的频谱，可以计算周期性抖动Pj 和随机抖动Rj ；TIE 直方图、Tj 的概率密度函数（Probability Density Function ，简称PDF ）是在统计域来分析抖动。
对于总体抖动的计算，通常从统计域分析，即分析抖动的直方图、概率密度函数PDF 和累计分布函数（Cumulative Distribution Function ，简称CDF ）。
信号完整性基础培训课件(PPT 54页)
LL='8000mil'
d(m7,m8) 0.3528
V(Vl) NexximTransient
400.00
接收上升时间为
0.173ns
Circuit1 ANSOFT
Curve Info V(Vl)
NexximTransient
0.20 m1
200.00 m1
MY1: 97.7000
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1. 信号完整性基础知识
瞬态阻抗 信号在传输线的传播实际上是信号路径与返回路径之间的电容在不停地充电！
信号在导线上传播时,电流I是一个常量：
I Q t C xV CL x xvV CLvV v
ZV IC L V vV C 1 L vC 8L3r
瞬态阻抗 信号的速度 信号的电压
用阻抗描述信号完整性：
任何阻抗突变都会引起电压信号的反射和失真，这使信号质量会出现问题。 信号的串扰是由两条相邻信号线条（包括其返回路径）之间的电场和磁场的耦合引起的， 信号线间的互
耦电容和互耦电感产生的阻抗决定了耦合电流的值。 电源轨道塌陷实际上与电流分布系统（PDS）的阻抗有关。系统中必然流动着一定的电流 量以供给所有的芯片，并且由于在电源和地之间存在着阻抗，所以当芯片电流切换时，就会 形成压降。这个压降意味着电流轨道和地轨道从正常值下塌陷。 最大的EMI根源是流经外部电缆的共模电流，此地平面上返回路径的阻抗越大，电压降即 地弹就越大，
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学习入门-学习入门-Altium-Designer第10章-信号完整性分析优选全文
1．互阻抗模型 PCB上两根走线之间的互阻抗模型如图10.1.3所示。
图10.1.3 PCB上两根走线之间的互阻抗模型
2. 电容耦合产生的串扰（容性串扰）
所有两相邻导线之间都存在电容。当在一条线（攻击线或主
动线）加上一个脉冲信号（vs）时，脉冲信号会通过电容Cm
向另一条线（受害线或被动线）耦合一个窄脉冲。也就是两
上升时间，用tr表
示。
图10.1.1 非理想的脉冲（数字）信号波形
2. 带宽（频宽）
对于高速数字电路，决定其所需之带宽（频宽）的是时钟脉冲信
号上升时间tr，而不是时钟脉冲信号的频率。对于频率相同的时 钟信号，如果它们的上升时间tr不同，所需电路的带宽（频宽）
也是不同的[24]。
带宽（频宽）与信号的上升时间tr有关。一个有价值的经验法则 ，信号的带宽（频宽）与上升时间tr的关系[51]可以用下式表示：
信号的传播速度Vp与材料的介电常数εr之间的关系如下所示：
（10.1.3）
式中：C为光速（3×108m/s）；εr为材料的介电常数。
10.1.3 反射
1. 反射的产生 反射（Reflection）就是传输线上的回波，信号功率的一部分
经传输线传给负载，另一部分则向源端反射。 信号沿传输线传播时，如果阻抗匹配（源端阻抗、传输线阻
SI、PI和EMI设计紧密关联，而PDN（Power Distribution Network，电源分配网络）是 SI、PI和EMI的公共基础互连，相 互关系[22,25]如图10.1.6所示。而SI、PI和EMI协同设计是高速数字 系统设计的唯一有效途径。
图10.1.6 SI、PI和EMI与PDN的相互关系
EMI到达EMI接收器的路径。
信号完整性分析基础系列之一——眼图测量
信号完整性分析基础系列之一——关于眼图测量（上）汪进进美国力科公司深圳代表处内容提要：本文将从作者习惯的无厘头漫话风格起篇，从四个方面介绍了眼图测量的相关知识：一、串行数据的背景知识; 二、眼图的基本概念; 三、眼图测量方法; 四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势。
全分为上、下两篇。
上篇包括一、二部分。
下篇包括三、四部分。
您知道吗？眼图的历史可以追溯到大约47年前。
在力科于2002年发明基于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。
您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。
很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。
这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调试工具的。
在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。
那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。
之后我Google“眼图”，看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。
刚刚我再次Google“眼图”，仍然没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。
网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。
“在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。
为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。
如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。
信号完整性分析基础系列之五--抖动的分类
信号完整性分析基础系列之五--抖动的分类一、峰峰值抖动、均方根抖动过去多年来用于量化抖动的最常用的方法是峰峰值抖动（Peak-to-peak Jitter）和均方根抖动（Root-Mean-Square Jitter,抖动直方图或者抖动分布的1 或者RMS 值）。
但是由于随机抖动以及非固定抖动的存在，使得抖动的峰峰值随着观察样本数量的增加而增加，因此说峰峰值抖动参数用于衡量固有抖动会很有效，但是衡量随机性抖动却会出现很大误差；相同的道理，由于固有抖动及非高斯性抖动和噪声的存在，使得抖动的直方图或者分布图不呈现完全的高斯分布，因此统计得到的抖动的1σ或者RMS值不等于真实高斯分布的1 值。
峰峰值抖动和均方根抖动均是对某一类抖动的统计分析指标。
二、相位抖动、周期抖动、相邻周期间抖动由于时钟系统是数字电路系统非常关键的一部分，直接决定了数据信号发送和接收的成败，是整个系统的主动脉，因此时钟的抖动一直备受关注。
描述时钟系统的抖动参量一般分为三类，即相位抖动（Phase jitter）、周期抖动(Period jitter)、相邻周期间抖动(Cycle to cycle jitter).1、相位抖动在数字系统中，两个逻辑电平之间的切换通常伴随着快沿的出现，这些边沿在时序上的不稳定性就叫做相位抖动（phase jitter,有时也叫累积抖动，accumulated jitter，指实际边沿位置与理想边沿位置的偏差，以时间为单位，也可以换算成弧度，角度等）；相位抖动是相位噪声在数字域的等效体现，它是离散量，因此只有当边沿存在时候才有定义。
理想边沿位置一般定义在数字信号一个比特位时间间隔的整数倍位置处。
如下图1 所示为某一不会直接使用时钟的边沿来保证时序关系，而是看周期的稳定性，也就是周期的抖动，有时候时钟周期越长，可能带来保持时间余量不足。
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
Protel SE
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
Protel SE
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
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• 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。
SI简介 • SI的内容
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。
负占空比的定义及测试方法
负占空比是指信号的低电平保持时间占真个周期时间的比例
高电平保持时间的定义及测试方法
高电平保持时间是指信号从低到高跳变完成后信号持续的时间
低电平保持时间的定义及测试方法
低电平保持时间是指信号从高到低跳变完成后信号持续的时间
周期的定义及测试方法
周期是指有固定周期信号连续完成逻辑0和逻辑1跳变所需时间
SI简介 • 理想逻辑电压波形
在数字系统中，信号以逻辑‘0’或者‘1’的方 式从一个器件传输到另外一个器件，信号到底是 ‘0’还是‘1’一般来说它们都是有一个参考电 平的。在接收端的输入门里面，如果信号的电压 超过高电平参考电压Vih，则该信号被识别为高逻 辑；如果信号的电压低于低电平的参考电压Vil， 则该信号就被识别为低逻辑。我们下面这个图就 是一个理想的信号。
信号产生基本原理
晶振符号和等效电路
信号产生基本原理
谐振频率
从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率， 即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗 最小（等于R）。串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于 串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R 支路呈感性，可与电容C。发生并联谐振，其并联频用fd 表示。根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的抗— 频率特性曲线如上图所示。可见当频率低于串联谐振频 率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。 仅在fs＜f＜fd极窄的范围内，石英晶体呈感性。
正过冲的定义及测试方法
正过冲是指高电平处的过冲值，单位为V或mV或者用百分 比表
负过冲的定义及测试方法
负过冲是指低电平处的过冲值，单位为V或mV或者用百分比表
正欠冲的定义及测试方法
正欠冲是指高电平处的欠冲值，单位为V或mV或者用百分比表
负欠冲的定义及测试方法
负欠冲是指低电平处的欠冲值，单位为V或mV或者用百分比表
信号产生基本原理
时钟芯片的架构
信号产生基本原理
PLL基本原理
信号产生基本原理
PLL频率合成器
PLL频率合成器是由程序分频器、鉴相器及压 控振荡器三大部分组成, 从晶振束的100KHz 标准信号经100 分频后得1KHz的基准频率fR, 压控振荡频率f1通过程序分频得到频率fM,fM 和fR同时加到鉴相器进行比较。只有当fR和fM 完全同频同相时,环路平衡被锁定,即fR=fM。可 见, 当环路锁定时,压控振荡器的输出频率完全 决定于程序分频器的分频比,即f1= M·fR ,只要 改变分频比M,便可使f1改变,从而得到所需的各 个频率点
SI简介 • 理想逻辑电压波形
SI简介
•
接收端的实际波形
SI简介
• 数据采样及时序例子 数据越是复杂，里面就包含很多的二进制码，这些 二进制码将组成一连串的波形，而不是简单的一个 方波。接收端的器件就需要采样这些波形以便获取 相关的二进制信息。数字采样的过程通常是通过时 钟信号的上升沿或者下降沿来触发的，我们下面这 个图就是个简单的例子。
频率的定义及测试方法
频率是指周期信号在一秒内完成周期跳变的次数；
延迟的定义及测试方法
延迟是指两个相关信号之间的相位差；
眼图参数的定义及测试方法
• 时间参数包括：眼图高电平值，眼图低
电平值，眼图最大值，眼图最小值，眼 图交叉点位置等。
眼图高电平值的定义及测试方法
眼图高电平值是指眼图高电平累积部分最低点的值；
振幅的定义及测试方法
振幅是指被测波形的振动幅度，即高电平与低电平的差值， 其单位为V或者mV；
高电平的定义及测试方法
• 高电平是指信号逻辑“1”所在位置的幅度，其单位通常为V和 mV。
低电平的定义及测试方法
低电平是指信号逻辑“0”所在位置的幅度，其单位通常为V和 mV。
均方根值的定义及测试方法
最小值是指所捕获波形里面振幅最小点所处位置的电压值， 单位为V或者mV；
峰峰值的定义及测试方法
峰峰值是指最大值和最小值相减的绝对值，单位为V或mV；
平均值的定义及测试方法
平均值是指所捕获波形里面所有点幅度的平均值
周期平均值的定义及测试方法
周期平均值是指所捕获波形里面所指定一个周期里所有点幅度 的平均值
时间参数的定义及测试方法
• 时间参数包括：上升时间，下降时间，正 占空比，负占空比，高电平宽度，低电平宽 度，周期，频率，延迟
上升时间的定义及测试方法
上升时间是指信号从逻辑‘0’跳变到逻辑‘1’时所花费的时间； • 低频信号的上升时间测量
上升时间的定义及测试方法
上升时间是指信号从逻辑‘0’跳变到逻辑‘1’时所花费的时间； 高频信号的上升时间测量
衡量信号品质的参数
信号质量的参数:振幅参数，时间参数，眼图参数 等。振幅参数包括：振幅，高电平，低电平，均 方根值，单个周期的均方根值，最大值，最小值， 峰峰值，平均值，单个周期平均值，正过冲，负 过冲，正欠冲，负欠冲等； 时间参数包括：上升时间，下降时间，正占空比， 负占空比，高电平宽度，低电平宽度，周期，频 率，延迟等； 眼图参数包括：眼高，眼宽，眼图最高点，眼最 低点，交叉点等；
衡量时序的参数
• 衡量时序的参数主要有四个：建立时间，保持 时间，传输延迟，相位偏移。数据是否按时到达 逻辑器件就跟时序里面的相位偏移和传输延迟有 关系，当数据波形的质量有问题时通常会直接影 响到信号的建立时间或者保持时间。因此任何模 块的通信信号都必须在保证信号质量的基础上再 保证时序的恰倒好处。
下降时间的定义及测试方法
下降时间是指信号从逻辑‘1’跳变到逻辑‘0’时所花费的时间； 低频信号的下降时间测量
下降时间的定义及测试方法
下降时间是指信号从逻辑‘1’跳变到逻辑‘0’时所花费的时间； 高频信号的下降时间测量
正占空比的定义及测试方法
正占空比是指信号的高电平保持时间占真个周期时间的比例；
均方根值是指整个捕获波形上所有点幅度的均方根 值，其单位为V或者mv；
周期均方根值的定义及测试方法
周期均方根值是指整个捕获波形上指定一个周期内所有点幅度 的均方根值，其单位为V或者mV；
最大值的定义及测试方法
最大值是指所捕获波形里面振幅最大点所处位置的电压值， 单位为V或者mV；
最小值的定义及测试方法
眼图低电平值的定义及测试方法
• 眼图低电平值是指眼图低电平累积部分最高点的值；
眼图最大值的定义及测试方法
眼图最大值是指眼图高电平处最高电平所在位置的值
眼图最小值的定义及测试方法
眼图最小值是指眼图低电平处最低电平所在电压值；
眼图交叉点的定义及测试方法
眼图交叉点是指眼图中的差分信号的上升沿和下降沿的交叉点
信号产生基本原理
信号波形
信号产生基本原理
方波的组成
信号产生基本原理 石英振荡器结构
晶振原理
信号产生基本原理
压电效应
若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机 械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则 在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为 压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就 会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变 电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电 场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一 特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得 多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象 十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形 状、尺寸等有关。
建立时间的定义和测量方法
建立时间是指数据在被采样时钟采样前已经建立起来的时间。
保持时间的Leabharlann 义和测量方法保持时间是指数据在被采样时钟采样后还要继续保持的时间
传输延迟的定义和测量方法
传输延迟是指信号从源端出来传输到接收端的过程中在传输线上 所花费的时间；
相位偏移的定义和测量方法
相位偏移是指同步信号之间的实际相位差异
SI 简介 • 数据采样及时序例子
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。
信号完整性基础知识
测试部教育训练材料
目录 ： SI简介 信号产生基本原理 ������������ 信号质量测试方法 ������������ 信号时序测试方法
SI简介
SI 的基本概念：
SI（signal integrity )即信号完整性，就是指电 路系统中信号的质量，如果在要求的时间内， 信号能不失真地从源端传送到接收端，我们就 称该信号是完整的。