信号完整性高速互连综述
高速数字信号的信号完整性分析
科研训练设计题目：高速数字信号的信号完整性分析专业班级：科技0701姓名：张忠凯班内序号：18指导教师：梁猛地点：三号实验楼236时间：2010.9.14~2010.11. 16电子科学与技术教研室摘要：在高速数字系统设计中，信号完整性（SI）问题非常重要的问题，如高时钟频率和快速边沿设计。
本文提出了影响信号完整性的因素,并提出了解决电路板中信号完整性问题的方法。
关键词：高速数字电路；信号完整性；信号反射；串扰引言：随着电子行业的发展，高速设计在整个电子设计领域所占的比例越来越大，100 MHz 以上的系统已随处可见，采用CS(线焊芯片级BGA)、FG(线焊脚距密集化BGA)、FF(倒装芯片小间距BGA)、BF(倒装芯片BGA)、BG(标准BGA)等各种BGA封装的器件大量涌现，这些体积小、引脚数已达数百甚至上千的封装形式已越来越多地应用到各类高速、超高速电子系统中。
从IC芯片的封装来看，芯片体积越来越小、引脚数越来越多；这就带来了一个问题，即电子设计的体积减小导致电路的布局布线密度变大，同时信号的上升沿触发速度还在提高，从而使得如何处理高速信号问题成为限制设计水平的关键因素。
随着电子系统中逻辑复杂度和时钟频率的迅速提高，信号边沿不断变陡，印刷电路板的线迹互连和板层特性对系统电气性能的影响也越发重要。
对于低频设计，线迹互连和板层的影响可以不考虑，但当频率超过50 MHz时，互连关系必须考虑，而在评定系统性能时还必须考虑印刷电路板板材的电参数。
因此，高速系统的设计必须面对互连延迟引起的时序问题以及串扰、传输线效应等信号完整性问题。
1．信号完整性的概念：信号完整性是指信号未受到损伤的一种状态，良好的信号完整性是指在需要时信号仍然能以正确的时序和电压电平值做出响应。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。
2．信号完整性问题的分析：高速不是就频率的高低来说的，而是由信号的边沿速度决定的，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号。
高速电路设计信号完整性的一些基本概念
高速电路设计信号完整性的一些基本概念1、信号完整性（Signal Integrity）：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。
2、传输线（Transmission Line）：由两个具有一定长度的导体组成回路的连接线，我们称之为传输线，有时也被称为延迟线。
3、集总电路（Lumped circuit）：在一般的电路分析中，电路的所有参数，如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上，各个元件上，各点之间的信号是瞬间传递的，这种理想化的电路模型称为集总电路。
4、分布式系统(Distributed System)：实际的电路情况是各种参数分布于电路所在空间的各处，当这种分散性造成的信号延迟时间与信号本身的变化时间相比已不能忽略的时侯，整个信号通道是带有电阻、电容、电感的复杂网络，这就是一个典型的分布参数系统。
5、上升/下降时间（Rise/Fall Time）：信号从低电平跳变为高电平所需要的时间，通常是量度上升/下降沿在10%-90%电压幅值之间的持续时间，记为Tr。
6、截止频率（Knee Frequency）：这是表征数字电路中集中了大部分能量的频率范围（0.5/Tr），记为Fknee，一般认为超过这个频率的能量对数字信号的传输没有任何影响。
7、特征阻抗（Characteristic Impedance）：交流信号在传输线上传播中的每一步遇到不变的瞬间阻抗就被称为特征阻抗，也称为浪涌阻抗，记为Z0。
可以通过传输线上输入电压对输入电流的比率值(V/I)来表示。
8、传输延迟（Propagation delay）：指信号在传输线上的传播延时，与线长和信号传播速度有关，记为tPD。
9、微带线（Micro-Strip）：指只有一边存在参考平面的传输线。
10、带状线（Strip-Line）：指两边都有参考平面的传输线。
11、趋肤效应（Skin effect）：指当信号频率提高时，流动电荷会渐渐向传输线的边缘靠近，甚至中间将没有电流通过。
现代通信系统中的信号完整性分析
现代通信系统中的信号完整性分析在当今高度数字化和信息化的时代，通信系统的性能和可靠性对于我们的日常生活和工作至关重要。
无论是手机通信、互联网数据传输，还是卫星通信、广播电视等领域，都依赖于高效、准确的信号传输。
而在这一过程中，信号完整性成为了一个关键的因素，它直接影响着通信的质量和稳定性。
信号完整性，简单来说，就是指信号在传输过程中保持其原有特性和质量的能力。
如果信号在传输过程中出现失真、衰减、反射、串扰等问题，就会导致通信系统的性能下降，甚至出现通信故障。
那么，是什么原因导致了这些信号完整性问题的出现呢？首先，传输线的特性是影响信号完整性的一个重要因素。
在现代通信系统中，信号通常通过各种传输线进行传输，如电缆、微带线、双绞线等。
这些传输线具有一定的电阻、电感和电容特性，当信号在其中传输时，会产生信号的衰减和失真。
特别是在高速传输的情况下，传输线的寄生参数会对信号产生更大的影响。
其次，信号的反射也是一个常见的问题。
当信号在传输线的终端遇到不匹配的阻抗时，就会发生反射。
反射信号会与原信号叠加，导致信号的波形发生畸变，从而影响信号的完整性。
为了减少反射，通常需要在传输线的终端进行阻抗匹配，以确保信号能够顺利传输。
串扰也是影响信号完整性的一个重要因素。
在通信系统中，往往存在着多条并行的传输线，当信号在其中一条传输线上传输时，会通过电磁场的耦合在相邻的传输线上产生干扰信号，这就是串扰。
串扰会导致信号的噪声增加，降低信号的质量。
为了减少串扰，需要合理地设计传输线的布局和间距。
除了上述因素外，电源噪声、时钟抖动等也会对信号完整性产生影响。
电源噪声会导致信号的电压波动，从而影响信号的准确性；时钟抖动则会导致时钟信号的不稳定，影响整个系统的同步性能。
为了分析和解决信号完整性问题，工程师们通常采用一系列的方法和技术。
其中，仿真分析是一种常用的手段。
通过建立通信系统的模型，利用专业的仿真软件对信号的传输过程进行模拟，可以预测可能出现的信号完整性问题，并采取相应的措施进行优化。
高速电路设计中的信号完整性研究
高速电路设计中的信号完整性研究Signal Integrity in the Design of High Speed Circuit一、引言现代电子系统时钟频率可达几百兆赫，信号的跳变沿（上升沿和下降沿）越来越快，而导致在低速电路设计中不大突出的信号完整性(SI)问题变得非关注不可。
信号完整性主要是指信号的反射﹑时延、振铃、信号的过冲与下冲，以及信号之间的串扰等。
基于此，现代电路设计采用与传统电路设计不同的方法：借助具备仿真功能的EDA软件，在布局布线之前进行仿真，如果出现了严重的信号完整性问题，就要采取措施，把影响信号完整性的因素降到最低限度，从而保证设计产品的质量，同时也节约时间和资金。
二、高速电路设计中的信号完整性问题上面提及的信号完整性，高速电路设计中应该特别关注的问题。
当信号从源端传输到负载端所需时间大于信号沿持续时间的5倍时，这样的走线就应该视为传输线，就要考虑传输线效应。
传输线效应通常是指信号反射、延时和时序错误、过冲、串扰、电磁辐射等，此时的电路就应该视为高速电路。
在高速电路中，信号的上升沿和下降沿包含很多高频成分，当信号在传输线上传输时，这些高频成分就会使传输线的阻抗特性突出出来。
如果负载端阻抗与传输线阻抗不匹配，就会有部分能量从负载端反射回源端，和源端信号叠加，从而造成过冲(包括上冲和下冲)。
如果此时源端阻抗与传输线阻抗不匹配，则能量再次从源端反射到负载端，如此反复，就形成振铃，如图1所示。
串扰是由于信号之间的耦合造成的，这种耦合分为容性耦合和感性耦合。
容性耦合是因为信号线间存在互容，高频电流就会从一根信号线串入另一根信号线，破坏被干扰信号线上的信号质量。
感性耦合是指信号线上的高频电流会产生磁场，从而在其它闭合电路中产生感生电压，破坏被干扰电路上的信号质量。
上面谈及的影响信号完整性的几个主要因素，都可以采取适当的措施加以减轻，有的甚至可以消除，抗匹配是一种很好的解决信号完整性问题之措施，常见的阻抗匹配有以下几种。
高速互连系统的信号完整性研究
高速互连系统的信号完整性研究高速互连系统的信号完整性研究互联网的飞速发展带来了大规模的数据交换需求，而高速互连系统在这个过程中扮演了至关重要的角色。
高速互连系统的信号完整性研究成为了当前的热点领域之一。
本文将从信号完整性的定义、相关的影响因素以及研究方法等方面探讨高速互连系统的信号完整性研究。
高速互连信号的完整性是指信号从发送器到接收器之间保持其预期的波形、振幅和时序的能力。
而信号完整性的研究则是为了保证高速互连的稳定工作，减少信号失真、抖动和干扰等问题。
信号完整性受到许多因素的影响，其中包括传输介质、信号源、信号传播路径、阻抗匹配、功率供应和环境条件等。
传输介质的选择对信号完整性有着重要的影响，常见的传输介质包括电路板、电缆和光纤等。
不同的传输介质对信号的传播速度、阻抗匹配以及抗噪声能力有着不同的要求。
此外，信号源的发射功率和波形也会对信号完整性产生影响。
同时，信号传播路径中的噪声、衰减以及耦合也是需要考虑的因素。
阻抗匹配是保证信号在传播过程中能够尽可能损失小、反射小的重要手段。
稳定的功率供应也是保证信号完整性的关键。
最后，环境条件包括温度、湿度和干扰等也会对信号完整性产生一定的影响。
在高速互连系统的信号完整性研究中，有许多研究方法和技术被广泛应用。
其中，仿真和测试是最常用的手段之一。
通过仿真可以对信号完整性进行快速、准确的分析和评估。
常见的仿真方法包括时域仿真和频域仿真等。
时域仿真可以提供波形、时序和抖动等信息，频域仿真则可以提供频谱和功率谱等信息。
测试是验证仿真结果的重要手段，常见的测试方法包括眼图测量、串扰测量和时钟抖动测量等。
此外，还有一些辅助手段如信号完整性分析软件和噪声抑制技术等也可以用于提高高速互连系统的信号完整性。
除了仿真和测试外，优化设计也是高速互连系统信号完整性研究中的重要方法。
通过合理的设计，可以优化信号传输路径，减少阻抗不匹配和信号反射，提高系统的抗干扰能力。
常见的优化设计方法包括信号预加重、匹配网络设计和功耗优化等。
信号完整性对于高速电路设计的重要性分析
信号完整性对于高速电路设计的重要性分析在高速电路设计中，信号完整性是一个非常重要的概念。
信号完整性指的是在信号的传输过程中，信号保持其原始形态，不受噪声、失真和干扰的影响，以确保系统的可靠性和性能。
在现代的高速电路设计中，信号的频率越来越高，信号上升沿和下降沿的时间越来越短，信号的传输速度越来越快，因此信号完整性就显得尤为重要。
首先，信号完整性对于系统的可靠性至关重要。
在高速电路中，信号的传输距离往往比较长，信号在传输过程中容易受到干扰、噪声和失真的影响，从而导致信号的不完整性。
如果信号传输过程中发生了失真，可能会导致系统的错误操作，甚至导致系统崩溃。
因此，保持信号的完整性可以保证系统的稳定和可靠性。
其次，信号完整性对于系统的性能也有着重要的影响。
在高速电路中，信号的频率和传输速度非常高，而且信号的上升时间和下降时间非常短，因此信号波动和失真的情况更容易发生。
如果信号受到失真和干扰，可能会导致系统的性能下降，数据传输速率减慢，甚至数据丢失。
通过保持信号的完整性，可以避免信号受到干扰和失真，提高系统的性能和数据传输的稳定性。
此外，信号完整性还对于功耗和电磁兼容性有着重要的影响。
在高速电路中，信号的传输过程会产生一定的功耗，如果信号受到失真和干扰，可能会导致功耗增加，影响系统的能效。
另外，失真和干扰还会导致电磁干扰的产生，影响系统的电磁兼容性。
因此，通过保持信号的完整性，可以减少信号传输过程中的功耗和电磁干扰，提高系统的能效和电磁兼容性。
在高速电路设计中，要保持信号的完整性，需要采取一系列的措施。
首先，在布线设计中，需要避免信号走线过长、过细，避免信号路径上发生串扰和电磁干扰。
其次，在信号传输过程中，需要采用合适的阻抗匹配技术，确保信号的传输质量。
此外，还需要采用合适的终端电阻和阻抗匹配网络，降低信号的反射和回波，保证信号的波形完整性。
此外，在高速电路设计中，还需要考虑信号功耗、时钟分配、布局规划等问题，保证系统的稳定性、可靠性和性能。
高速数据传输连接器信号完整性分析与质量控制研究
高速数据传输连接器信号完整性分析与质量控制研究摘要:本研究旨在探讨高速数据传输连接器的信号完整性分析与质量控制，以满足现代通信技术的需求。
我们基于该领域的最新发展，建立了一个主要论点：通过精确的信号完整性分析和有效的质量控制，可以提高连接器的性能和可靠性，从而实现更快速、更稳定的数据传输。
我们将在摘要中介绍关键的研究方法和结果，以支持这一主要论点。
关键词:高速数据传输，连接器，信号完整性，质量控制引言:在当今数字时代，高速数据传输连接器的重要性愈发凸显。
随着信息交换速度的不断提高，连接器的信号完整性和质量控制变得至关重要。
一些关键问题涉及到了连接器设计、材料选择、制造工艺和测试方法的创新。
然而，要实现更高速、更可靠的数据传输，需要深入研究和探讨。
本研究的关键目标是通过深入的信号完整性分析和严格的质量控制来解决这些挑战，以确保连接器在高速数据传输中的稳定性和性能。
我们将探讨各种可能的方法和技术，以满足现代通信技术的不断发展需求。
通过本研究，我们有望为高速数据传输连接器的设计和制造提供新的思路和方法，为数字通信领域的进步贡献一份力量。
1.高速数据传输连接器的信号完整性问题1.1 信号完整性问题的背景与重要性随着数字通信技术的飞速发展，高速数据传输连接器已经成为现代通信系统的核心组成部分。
然而，随之而来的挑战之一是信号完整性问题，这一问题严重影响着数据传输的性能和可靠性。
在这一部分，我们将深入探讨信号完整性问题的背景和其重要性。
在高速数据传输中，信号完整性关乎信号在传输过程中是否能够保持其原始状态。
这包括信号的波形、幅度、时序等方面。
信号的完整性问题可能导致信号失真、时钟偏移、串扰等问题，从而降低了数据传输的质量和可靠性。
特别是在高频率和高数据速率的情况下，这些问题更加突出，因为信号在电路中的传播会受到更多的影响。
信号完整性问题的重要性在于它直接影响了通信系统的性能。
在数据中心、通信网络、高性能计算和各种嵌入式系统中，数据传输速度的提升是至关重要的。
芯片设计中的高速信号完整性分析方法是什么
芯片设计中的高速信号完整性分析方法是什么在当今的科技时代，芯片作为电子设备的核心组件，其性能和可靠性至关重要。
而在芯片设计中，高速信号完整性分析是确保芯片正常运行的关键环节之一。
那么，究竟什么是高速信号完整性分析方法呢？要理解高速信号完整性分析，首先得明白高速信号的特点。
在芯片中，高速信号的传输速度极快，频率高，信号的上升和下降时间短。
这就带来了一系列问题，比如信号的反射、串扰、衰减等。
如果这些问题得不到妥善解决，就会导致信号失真，从而影响芯片的性能和稳定性。
高速信号完整性分析方法的第一步是建立准确的电路模型。
这就像是为芯片的电路绘制一幅精确的地图。
模型中要包括芯片中的各种元件，如电阻、电容、电感等，以及它们之间的连接关系。
通过使用专业的电路仿真软件，可以对这些模型进行模拟和分析，预测信号在电路中的传输情况。
在建立电路模型时，需要考虑到各种因素对信号的影响。
比如，线路的阻抗匹配就是一个非常重要的因素。
如果线路的阻抗不匹配，就会导致信号反射，使得信号的波形发生畸变。
为了实现良好的阻抗匹配，需要精心设计线路的宽度、厚度、间距等参数。
信号的串扰也是高速信号完整性分析中需要重点关注的问题。
当多条线路靠得很近时，信号之间就会相互干扰，这就是串扰。
为了减少串扰的影响，在芯片布局布线时，要合理安排线路的走向和间距，采用屏蔽措施等。
另一个重要的分析方法是对信号的传输线进行特性分析。
传输线的特性包括其电阻、电感、电容等参数，这些参数会影响信号的传输速度和衰减程度。
通过对传输线特性的分析，可以选择合适的传输线类型和材料，以优化信号的传输性能。
电源完整性也是高速信号完整性分析的重要组成部分。
芯片中的电源供应必须稳定可靠，否则会导致芯片工作不正常。
在分析电源完整性时，要考虑电源的分布网络、去耦电容的布局等因素，以确保电源噪声在可接受的范围内。
电磁兼容性分析也是必不可少的。
随着芯片工作频率的提高，电磁辐射和干扰问题变得越来越突出。
信号完整性总结
2.信号完整性问题一般分为四种：单一网络的信号质量、相邻网络间的串扰、轨道塌陷和电磁干扰。
6.使用三种级别的分析来计算电气效应——经验法则、解析近似和数值仿真工具，这些分析可以应用于建模和仿真。
7.测量无源器件和互连线的电气特性的仪器一般有三种：阻抗分析仪、网络分析仪、时域反射计。
这些仪器对减小设计风险、提高建模和仿真过程精度的可信度起着重要作用。
8.四种信号完整性问题的一般解决方法，信号质量（设计原则）：信号在经过整个互连线时所感受到的阻抗应相同。
串扰：保持线条间的间隔大于最小值，并使线条与非理想返回路径间的互感最小。
轨道塌陷：使电源/地路径的阻抗和电流噪声最小。
电磁干扰：使带宽以及地阻抗最小，采取屏蔽措施。
4. 数字信号的上升时间通常是从终值的10%到90%的时间。
5. 正弦波是频域中惟一存在的波形。
6. 傅里叶变换是将时域波形变换成由其正弦波频率分量组成的频谱。
7. 理想方波的频谱的幅度以速率1/f下降。
8. 去掉方波中的较高频率分量，上升时间就会增加。
9. 与同频率理想方波的同次谐波相比，一般信号的带宽是指“有效”的最高正弦波频率分量。
10. 信号带宽是0.35/(信号的上升时间)，一个经验公式。
12. 测量带宽是指有良好精度时的最高正弦波频率。
13. 模型的带宽是指采用该模型描述后的预测值与互连线的实测性能能很好吻合时的最高正弦波频率。
14. 互连线带宽是指互连线传输性能满足指标时的最高正弦波频率。
15. 互连线3dB带宽指的是信号衰减小于—3dB时的正弦波频率。
1.阻抗是一个描述所有信号完整性问题及解决方法的很有效的概念。
2.阻抗描述了互连线或元件中电压和电流的。
从根本上说，它是器件两端的电压与流经器件的电流之比。
3.不要把构成实际硬件的真实电路元件相混淆，理想电路元件是对真实世界的近似数学描述。
6.虽然阻抗的定义在时域和频域中是相同的，但是在频域中总结电容电感的描述方法则更简单更容易。
高速电路中的信号完整性问题
高速电路中的信号完整性问题摘要：介绍高速电路的特点，引入高速电路中的信号完整性问题，讨论了影响高速电路信号完整性的因素，介绍分析信号完整性的模型和仿真工具。
关键词PCB 信号完整性分析1.概述所谓高速数字电路,是指由于信号的高速变化而使得电路中的模拟特性,如导线的电感,电容等发生作用的电路。
高速数字电路一般来说频率较高，电容电阻的特性变化较快。
信号变化速度较快时,容抗感抗的值将无法忽略。
同时两个互不相连的导线之间也会产生无法忽略的感应电流和感应电压。
正是因为这些新特点,从而使得高速电路设计时,产生了许多需要考虑的新问题:信号的反射,地弹,振铃,以及信号间的串扰。
基于以上这些原因，我们要对PCB 进行信号完整性的分析。
2.信号完整性2.1 信号完整性（SI）定义信号完整性是指信号在信号线上的质量。
信号具有良好的信号完整性是指信号在需要的时候，具有所必需达到相应的电压电平和时间指标。
信号完整性具有以下两个基本条件：（1）空间完整性，又称信号幅值完整性，为满足电路的最小输入高电平和最大输入低电平要求；（2）时间完整性，为满足电路的最小建立和维持时间。
2.2 信号完整性解决的主要问题（1）电源分布电源分布网络是高速电路板设计中最重要的考虑因素。
电源分布网络必须为低噪声的电路板上各部分电路提供一个低噪声的电源，包括VCC 和接地。
电源分布网络同时还得为电路板上所有产生或接受的信号提供一个信号回路。
（2）串扰（Crosstalk）串扰是指线迹之间不必要的信号耦合，它可以是电容性的或者是电感的。
电容性串扰是指信号线路之间的信号电容耦合，当线路以一定的距离彼此靠近时，会出现这种情况。
电感的串扰可以看作是不需要的变压器的原线圈和次级线圈之间的信号耦合。
变压器的线圈就是电路板或者系统上的电流环路，它可能是由无效的布局造成的人造环路，也可能是信号路径和信号返回路径综合形成的自然环路。
（3）反射、过冲、振铃、多次跨越逻辑电平错误传输过程中的任何不均匀(如阻抗变化、直角线或过孔)都会引起信号的反射，反射的结果对模拟信号（正弦波）将形成驻波，对数字信号则表现为上升沿、下降的振铃和过冲。
高速数字系统中的信号完整性及实施方案
还要选择合适的位置放置去耦电容，做到有效地旁路电 层 源和地线上的反弹噪声； 最后是在印制板的顶（ =4/ ） 和底（ 层大面积铺铜， 用较多的过孔将这些地 14==4* ） 平面连接在一起， 这 些 措 施 对 解 决 5*3 和 电 源 噪 声 都 能 起到积极的作用。 该系统采用自顶向下的设计方案， 首先进行系统级 设计， 将兼容的器件放置在相对集中的区域； 然后进行 重要信号的设计， 保证在重要信号的设计规则下顺利布 串扰等噪声； 最 线； 接 下 来 用 5’) 软 件 辅 助 消 除 反 射 、 后 进 行 电 源 和 5*3 设 计 。 该 系 统 现 已 调 试 通 过 ， 实践证 明以上保证信号完整性的措施是必要而且正确的。 随着新工艺、 新器件的迅猛发展， 高速器件的应用 变得越来越普遍， 高速电路设计也就成了普遍需要的技 术。 信号完整性的分析在高速设计中的作用 举足轻重， 只有解决好高速设计中的信号完 整性， 高速系统才能准确、 稳定地工作。 本文 提出了若干保证信号完整性的方法和措施， 并通过具体高速数字系统的设计和实现， 验 证了这些方法的可行性， 仅供硬件工程师借 鉴和参考。 参考文献
图 + 高速数字系统框图
首先对系统进行分割，系统中不仅有高速部分， 也 有异步的低速部分，分割的目的是要重点保护高速部 分 。 3<, 与 <-<=)/ 、 <3=)/ 接 口 是 同 步 高 速 接 口 @ 对 它 的处理是保证信号完整性的关键； 与 2021 、 2>)<6 、 2,A 速率可以通过寄存器进行设置， ?) 接 口 采 用 异 步 接 口 ， 信 号 完 整 性 要 求 容 易 达 到 。高 速 设 计 部 分 要 求 信 号 线 尽 量短， 尽 量 靠 近 3<, 。 如 果 将 3<, 的 信 号 线 直 接 接 到 所 有 的 外 设 上 ， 一 方 面 3<, 的 驱 动 能 力 可 能 达 不 到 要 求 ， 另一方面由于信号布线长度的急剧增加， 必然会带来严 重的信号完整性问题。所以， 在该系统中具体的处理办 法是将高速器件与异步低速器件进行隔离 （ 如图 + 所 示） ， 在 这 里 采 用 ;0 的 <B5+>C;6#4!!+D 实 现 数 据 隔
高速光互连电路的信号完整性研究的开题报告
高速光互连电路的信号完整性研究的开题报告一、选题背景随着电子设备和通信网络的不断发展，数据处理和传输速率越来越快，高速光互连技术也越来越重要。
高速光互连是指在芯片内部或板间连接中使用光纤代替电线进行通信传输。
高速光互连的应用范围广泛，包括数据中心、超级计算机、高速公路通信系统等领域都有应用。
高速光互连电路有很多方面需要研究，其中信号完整性是其中一个非常重要且广泛涉及的问题。
在高速光互连电路中，信号完整性的研究主要包括信号传输、噪声干扰、时序关系、射频阻抗匹配等方面的问题。
因此，通过对高速光互连电路的信号完整性研究，可以有效地提高高速光互连电路的性能和可靠性，为相关领域的广泛应用提供支撑。
二、研究目的和意义本研究主要针对高速光互连电路中的信号完整性问题进行深入研究，主要目的和意义有如下几点：1. 通过深入研究高速光互连电路中的信号传输、噪声干扰、时序关系等问题，可以对高速光互连电路的性能和可靠性进行有效提升。
2. 通过对高速光互连电路中射频阻抗匹配问题的研究，可以优化电路的整体设计，提高其运行效率。
3. 本研究所得到的结论和建议可以为高速光互连电路的相关设计和应用提供参考和支撑，有助于推动高速光互连技术的发展和推广。
三、研究内容和方法本研究主要包括以下研究内容：1. 针对高速光互连电路信号的传输特性、噪声干扰、时序关系、射频阻抗匹配等进行深入研究，并对研究结果进行归纳和总结。
2. 对高速光互连标准和规范进行收集和整理，深入了解不同标准和规范对高速光互连电路信号完整性的相关要求。
3. 采用仿真、实验等方法对高速光互连电路的信号完整性进行测试和验证，收集并分析相关数据，得出相应的结论和建议。
四、预期成果本研究的预期成果包括：1. 对高速光互连电路中信号完整性问题进行深入研究，总结出各种光互连电路信号完整性的优化方法和技术。
2. 整理和归纳不同高速光互连标准和规范对信号完整性的相关要求，为高速光互连电路的设计和应用提供参考。
高速互连中信号完整性测试单元分析
中 图分 类 号 ：Ｔ １ ９ ＮＴ０
文献标识码 ： Ａ
Ａｎａ ａ ｉ ｆｄ ｔ ｃ ｉ ｇ ｓ ｎ ｏ ｏ ｉ ｎ ｌｉ ｅ ｒ ｔ ａ ｌｓ ｉ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｅ ｔｎ ｅ ｓ ｒ ｆ ｒ ｓ ｇ ａ ｎｔ ｇ ｉｙ ｆ ｕ ｔ ｎ
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对 高 速互 连 中 的信 号 完 整 性 故 障进 行 测 试 。主 要 对 已 提 出 的 ２种 故 障 检 测 单 元 进 行 了 对 比 ， 析 了它 们 在 信 号 完 整 性 故 障 分
测 试 方 面 的不 同特 点 ， 用 Ｈｓ ｉ 在 有 无 噪 声 情 况 下 进 行 了仿 真 ， 理论 分 析 和 仿 真 结 果 方 面 显 示 了 良好 的一 致 性 。 并 ｐｃ ｅ 在 关 键 词 ：高速 互 连 ； 号完 整 性 ；测干净 的数 据 ， 好 没有 振铃 ， 连线 互
不 易 受 感 应 。然 而 ， 像 片 上 系 统 （ ｙｔｍ ｏ ｈｐ Ｓ Ｃ 就 ｓ ｓｅ ｎ ｃ ｉ， ｏ ）
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信号完整性问题概述 信号完整性问题概述
查看文章信号完整性分析2009-06-08 10:32信号完整性问题概述信号完整性（Signal Integrity ，简称SI ）是指信号在电路中以正确对信号线上信号质量的描述。
如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC ，反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。
信号完整性问题主要表现为5个方面：延迟、反射、串扰、同步切换mass_ping的空间延迟——延迟是指信号在PCB板的导线上以有限的速度传输，信号从在一个传输延迟。
信号的延迟会对系统的时序产生影响，在高速数字系的长度和导线周围介质的介电常数。
反射——当PCB板上导线(高速数字系统中称为传输线)的特征阻抗与收端后有一部分能量将沿着传输线反射回去，使信号波形发生畸变，如果在传输线上来回反射，就会产生振铃和环绕振荡。
串扰——由于PCB板上的任何两个器件或导线之间都存在互容(mutua 件或一根导线上的信号发生变化时，其变化会通过互容和互感影响其度取决于器件及导线的几何尺寸和相互距离。
同步切换噪声——当PCB板上的众多数字信号同步进行切换时(如CPU 于电源线和地线上存在阻抗，会产生同步切换噪声，在地线上还会出和地弹的强度也取决于集成电路的IO特性、PCB板电源层和地平面层布局和布线方式。
电磁兼容性——同其它的电子设备一样，PCB也有电磁兼容性问题布线方式有关。
为什么要做信号完整性分析过去，在系统时钟低于50MHz的电路板设计中，信号完整性(SI)问题修改就可消除SI问题或将其影响降至最低。
但是随着集成电路输出开关信号完整性已经成为高速数字PCB设计必须关心的问题之一。
元器件和上的布局、高速信号的布线等因素，都会引起信号完整性问题，导致系作。
越来越多的设计工程师发现SI问题的成因不仅仅是高速设计。
真正的而是驱动器上升和下降时间的缩短。
随着工艺技术的进步及IC制造商们所生产的标准元件具有更小的裸片尺寸和越来越快的边缘速率。
芯片设计中的高速信号完整性分析
芯片设计中的高速信号完整性分析在现代科技发展的浪潮下，芯片设计作为基础与核心的技术之一，成为了信息时代的重要支撑。
而在芯片设计的过程中，高速信号完整性分析是一项非常重要的任务。
本文将从介绍高速信号完整性分析的概念、意义以及主要方法入手，帮助读者深入了解该领域的重要性。
1. 概述芯片设计中的高速信号完整性分析是指对芯片内部传输的高速信号进行分析和优化的过程。
高速信号完整性分析的目标是确保信号在芯片内部传输过程中保持稳定，有效降低信号失真、串扰以及时序问题等不良影响，以保证芯片的可靠性和性能。
2. 意义高速信号完整性分析的意义在于在芯片设计的早期阶段，通过模拟和验证技术对芯片的高速信号进行分析，可以避免后期芯片设计过程中出现不可预测的错误和问题，节约了成本和时间，并提高了芯片的可靠性和性能。
3. 主要方法（1）传输线建模与分析：在芯片设计过程中，高速信号的传输线扮演着重要的角色。
传输线建模与分析主要是通过建立适当的传输线模型，利用传输线的电学特性进行模拟和分析，以预测和解决信号失真、串扰等问题。
（2）电磁兼容 (EMC) 分析：高速信号在芯片内传输过程中，往往会引起电磁辐射干扰，从而影响其他电路的正常工作。
通过电磁兼容分析，可以对芯片的电磁辐射干扰进行评估，并优化设计，以减少干扰。
（3）时序分析：芯片的高速信号需要满足严格的时序要求。
时序分析的主要任务是通过建立时序模型，分析信号传输的时延、时钟抖动等参数，以确保信号的时序性能和稳定性。
4. 结论芯片设计中的高速信号完整性分析是确保芯片性能和可靠性的关键环节，同时也是保证芯片能够满足高速高带宽应用需求的重要手段。
通过传输线建模与分析、电磁兼容分析以及时序分析等方法，可以有效降低芯片的失真、串扰和时序问题，从而提高芯片的可靠性和性能。
综上所述，高速信号完整性分析在芯片设计中具有重要的意义，可以提高芯片的可靠性、性能和兼容性。
芯片设计工程师需要熟练掌握相应的分析方法，并在设计过程中深入应用，以保证芯片的稳定性和优异的性能。
高速背板互连信号完整性高级测量技术
高速背板互连信号完整性高级测量技术安捷伦科技（中国）有限公司孙灯亮1、高速背板互连设计挑战如今的电信系统、数据通信系统，复杂计算机系统等都依赖于高速串行数据传输，而前沿数字设计师们往往将系统能够达到的性能极限施压于铜材。
随着超过1Gbps的串行链路的增多，信号完整性问题开始暴露出来，针对这类高速通道的物理层进行信号完整性优化，会收到惊人的效果。
如果采用合适的设计工具和设计方法，我们就能清楚地了解信号传输的基本原理。
为了打破兆兆位的界限，网络交换机和路由器中采用了一种先进的背板技术。
这一成就部分得益于物理层元件中复杂的设计技术。
设计过程的大部分时间都用在建模、仿真和测量验证上，利用既具备时域分析能力也具备频域分析能力的设计工具，我们可以将反射、串扰、阻抗失配和损耗这些复杂的现象均直观地显示出来。
如今，业界已经开发一个10Gbps以太网的背板标准，作为802.3ap标准的一部分。
其目的是利用普通的铜背板，不依靠光介质，在线路卡间传送10Gbps的以太网信号。
为了达到高速数据传输目的，新的10Gbps串行信令方案的开发有了令人激动的进展，但最终的串行数据传输率上限很有可能受到物理层背板的信号完整性问题的限制。
要想在整个背板上的芯片到芯片通道上全部实现一个阻抗受控的环境，需要设计人员十分小心谨慎，在这样的通道中，背板连接器则起着十分重要的作用。
图1是典型的高速背板互连系统，一个单板上的芯片驱动串行信号通过单板，连接器，背板，连接器和另一个单板，到达接收端芯片。
这个高速信号路径是典型的背板互连系统，现在业界通常的速率达到6.25Gbps，采样10Gbps以太网的背板速度高达10.3125Gbps，仿真，设计和验证都是非常复杂。
图1. 典型的高速背板互连系统2、高速背板互连测试概述数字通信系统在较低的信号速率时，这些互连的电长度很短，驱动器和接收机一般是导致信号完整性问题的最主要因素。
但随着时钟速率、总线速率及链路速率突破每秒千兆大关，物理层特性测试正变得日益关键。
高速片上互连接口的设计与电信号完整性研究
高速片上互连接口的设计与电信号完整性研究高速片上互连口的设计与电信号完整性研究随着科技的不断发展，高速片上互连口的设计与电信号完整性研究变得越来越重要。
在现代电子设备中，片上互连口是各个功能模块之间进行通信的关键。
因此，如何设计出高性能的互连口，并保证电信号的完整性成为了一个迫切需要解决的问题。
首先，我们需要明确高速片上互连口的设计目标。
互连口的设计目标主要包括传输速率、功耗、面积和电信号完整性。
传输速率是指互连口能够支持的最大数据传输速率，通常以Gbps来衡量。
功耗是指互连口在工作过程中所消耗的能量，低功耗设计是实现绿色环保的重要手段。
面积是指互连口所占用的芯片面积，面积小可以节省成本，同时也有利于系统的集成。
电信号完整性是指在信号传输过程中保持信号的准确性和稳定性。
在高速片上互连口的设计中，首先需要考虑的是信号传输线的布局和设计。
信号传输线的布局应该尽量避免信号的干扰和串扰。
为了降低信号传输线之间的串扰，可以采用差分传输线的设计。
差分传输线使用两条平行的导线传输信号，可以有效地抵消外界干扰。
此外，还可以采用屏蔽层的设计来减少信号传输线之间的干扰。
屏蔽层可以在信号传输线周围形成一个屏蔽层，有效地阻挡外界干扰。
另外，还需要考虑信号的驱动和接收。
在高速片上互连口中，驱动电路是将信号发送到信号传输线上的关键。
驱动电路应具备较高的驱动能力和较低的功耗。
常见的驱动电路有推挽驱动和开漏驱动。
推挽驱动可以提供较高的驱动能力，但功耗较高。
开漏驱动则功耗较低，但驱动能力较弱。
因此，在设计中需要权衡驱动能力和功耗。
在信号接收方面，需要考虑信号的增益和抗干扰能力。
信号的增益可以增强信号的强度，提高信号的可靠性。
抗干扰能力则是指信号接收端对外界干扰的抵抗能力。
为了提高抗干扰能力，可以采用抗干扰技术，如差分输入、滤波和抗射频干扰等。
此外，还需要考虑信号的传输距离和时钟同步。
传输距离是指信号能够传输的最远距离，受到信号衰减和传输线损耗的影响。
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信号完整性中抖动、噪声研究和发展信号完整性中抖动、噪声研究和发展1 引言随着现代电子产品的开发周期越来越短,工作频率越来越高,尺寸越来越小,产品结构越来越复杂，数字技术的发展日新月异。
在20世纪90初，几十兆主频的X86还是很新鲜的事物，而到如今，频率高达3GHZ的CPU已成为个人电脑的标准配置[1]。
手机处理器在10年前ARM7主频还是20MHz，而到了现在2GHz、多核的手机处理器在移动设备上广泛的被应用。
处理器遵循着摩尔定律开速的发展，主频从数十MHz上升到现在的3GHz只用了20年的时间。
而在数字产品中，随着工艺的不断改进提升，20前的制造工艺还是微米数量级，而现在已经步入到了14纳米级工艺。
可见如今的数字电路设计中，芯片的趋势——处理速度越来越快，面积越来越小，密度却越来越大。
数字电路系统的信号速率、时钟频率和集成电路开关速度[2]的持续增加。
这在给广大用户带来更好体验，更便捷应用的同时，也给数字设计者提出了巨大的挑战[3]。
信号完整性对于高速电路板和深亚微米(低于0.35微米)芯片设计都是需要考虑的问题[4]。
以前在低速设计中可以应用的方法，在高速电路设计中就编的举步维艰、寸步难行；理论上在设计方法上应该是正确的，但在实践中却达不到理想的效果。
这就涉及到了高速数字电路设计的问题。
I/O速度的提高使得链路总的可用最大抖动预算——单元区间（UI）必将相应的减小。
而为了保证设计的整个链路系统有比较好的误码率，面临的最大挑战就是降低抖动。
特征尺寸减小带来的另一个严峻挑战就是功率损耗和功率密度必须小于某一约束限度，或者说就是使用低功耗设计。
关于抖动的话题对于通信系统的合理设计变得越来越重要，如今，一个通讯系统的时钟抖动已经成为了影响系统性能的基本限制。
时钟抖动的范围与当今高速串行总线紧密相关，并且数据连接在数字电路系统的设计中，对抖动的严加控制是必须解决的问题。
这是在这种情况下，抖动成为了高速数字通信系统中，电路设计的一个基本指标。
认识什么是抖动，如何描述抖动，成为配置一个满足性能要求的高速数字系统必不可少的一步。
从概念上讲，抖动是实际时间沿与理想时间沿位置的偏差值[5]，在基于定时的系统中，定时抖动是时钟不理想情况下最为明显和直接的表现形式。
因为是一种噪声形态，抖动可以理解成为是一种随机过程，并用它的统计特性来描述抖动。
如果能够测量出抖动的统计特性，那么你就可以比较它们每一个成分的规律特性。
但是，仅仅这一项是不能够让我们有效地精选和调试理想时沿(cutting edge)的设计。
只有对抖动进行完完全全地分析，才能解析出抖动的根源，以至于能够系统性地减少它们，而不是去反复进行尝错实验(trial and error)。
过去的十多年中，针对抖动、噪声和信号完整性已经提出了许多新的理论和算法。
在抖动的理论和分析方面，确定性抖动（DJ）和随机抖动（RJ）及其数字模型已经成为量化抖动的很好的标准；在抖动跟踪方面，广泛采用抖动传递函数来确定输出和抖动、噪声、信号容限。
基于概率密度函数（PDF）、累积分布函数（CDF）及相应卷积运算的统计信号分析方法正逐步取代传统单一的，低精度的峰-峰值和RMS方法。
当前通常采用线性时不变（LTI）理论结合统计信号分析和电路理论，来确定电路系统及其子系统的抖动、噪声和信号性能。
人们在分析抖动的研究中可以根据不同特性对不同的抖动成分进行科学建模并对其进行研究。
因为每个模型成分通常与一个或多个底层物理效应有关，所以理解了各个抖动分量的模型就可以更容易理解通信系统中都动过高的原因。
因此抖动分离具有非常大的科学意义。
通过分离抖动成分，不仅能够利用分离结果快速的估算出误码率和总抖动，更有利于人们考察抖动的成因和来源，有助减少或者消除抖动的来源。
因此，抖动研究提出了抖动分析与分离的研究方向。
2 、信号完整性中抖动、噪声的主要研究内容信号完整性的研究对象为电子系统中信号的波形、时序完整性以及电磁干扰影响（Electro Magnetic Interference， EMI）。
信号完整性问题主要研究的对象是高数数字电路。
高速电路有两方面的含义。
一是一般的数字逻辑电路的频率达到或者超过100MHz，而且工作在这个频率上的电路已经占到了整个电子系统的1/3以上就称之为高速电路；二是对高速进行了量化的定义，当设计电路的数字信号跳变很快时，数字信号的带宽BW与上升或下降时间RT的经验公式[2]为BW=0.35/RT，信号跳变越快，其频谱的高频分量越丰富。
通常约定当数字信号上升或下降时间小于信号周期的5%时，称之为高速电路[6]。
高速电路板上任意条通信链路是由过孔、芯片引脚、走线、端接电阻等多种结构，最终的信号质量是这些不同结构所带来的综合结果，任意参数的波动都会带来最终信号的波动[7,8]。
在高速串行数据通信中，抖动被认为是一个关键的问题，因为发射机数据信号上抖动过高会在接收端导致数据恢复错误。
为防止误码率过高，许多标准中规定了抖动余量(Jitter budget)，以便发送电路和接收电路可以设计成在抖动预算和容限范围内工作。
为保证设备在这些预算范围内工作，必需精确地测量抖动。
除此之外，在评估和设计高速串行通信系统的时候，抖动的量化参数可以作为判定某个系统性能优劣的一个重要指标；对抖动进行分解研究可以获得某个系统总抖动所包含的抖动子成分，而这些抖动子成分都是由对应的不同抖动源产生的，所以抖动分解可以帮助通信设计工程师诊断系统中的抖动故障源，从而减少和控制抖动的发生。
因此，基于上面的这些工程需要与应用，人们便开始对抖动这一物理现象展开了长期而大量的研究工作。
2.1应用方面的研究现状及分析应用实现方面，特别是高速采样方面，由于多路高速信号测量的经济成本等因素，基于实时取样原理的小型、固体化、低成本瞬态波形数字仪，在一些专门实验室得到大力发展和研究。
美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(Lawrance Livermore National Lab。
LLNL)的电子工程师利用美国皮秒脉冲实验室(Picosecond Pulse Lab，PPL)的皮秒技术，开始研制具有几十GHz带宽的计算机自动控制网络化激光参数诊断系统，以适应未来NIF激光装置的需求。
皮秒实验室的产品属于美国政府高度控制和绝对禁运的设备，美国的核武器实验室——洛斯阿莫拉斯实验室(Los Alamos National Lab，LANL)、圣地亚国家实验室(Sandia National Lab SNL)等是它的经常性客户。
PPL利用特殊的新材料、新工艺和新方法，在实验室已经得到前沿小于2ps、带宽可达100 GHz的超快电脉冲及取样系统。
在综合测试仪器方面，安捷伦和泰克公司不断推出新仪器以及相配套的应用分析软件，其中包括安捷伦的具有高级抖动发生功能的高性能串行误码率测试仪N4903A，可以测试高达12.5 Gb/s的串行千兆位设备的抖动容限(J．BERT)。
N4903A为快速优质检定串行设备提供了全方位抖动容限测试解决方案，代表了当前抖动和误码率综合测试的先进水平；泰克公司的TDSJIT3软件用于精确抖动分析分解测量、BER估算等等。
到2009年，大多数高速I/O系统设计的速率大约在5～6Gbps左右，主要集中于计算机的应用方面。
其中，传输信道媒介大多采用铜质材料，包括的标准有：PCI Express II(5Gbps)，Serial ATA III(6Gbps)和FB DIMM I(3.2，4.0和4.8Gbps)。
这些标准的下一代速率将有可能是现在的速率的两倍，达到8到12Gbps。
在网络传输的应用方面，当前大多数的设计速率为8～10Gbps，比如：光导纤维传输(Fibre Channel) 8x (8.5 Gbps)，吉比特以太网(Gigabit Ethernet，GBE) 10x(10 Gbps)和同步光纤网(SONET) OC-192(10 Gbps)。
其中，传输信道大多采用光纤材料。
下一代网络传输的I/O速率将有可能成为现在的两倍或四倍，达到17-40Gbps。
提高的速度将在设计和测试下一代串行总线设备期间带来明显的信号完整性和抖动问题。
此外，新的传输技术如扩频时钟，使得检定设备性能的工作变得更加困难、更加耗时。
安捷伦N4903A在一台设备中提供了经过校准的抖动合成及自动检定抖动功能，并满足最新的串行总线标准。
在国内，目前一些高性能、多功能的抖动测量和系统检测设备主要依靠进口，国内研发水平和国外存在很大差距。
在串行数字通信测试技术中，中国必须争取自己的知识产权，这也是政治、经济因素所必须要求的。
所以这也是本文研究内容的重大意义所在。
2.2抖动和噪声理论概述2.2.1抖动的定义和概述在信号的发送和接收过程中，总是伴随着噪声这一自然过程。
简单的来说，噪声就是不期望的叠加在理想信号上的任何信号。
在有噪声的情况下，噪声叠加在理想信号上，由此产生一个最终的或实际的信号波形。
如果没有噪声叠加，实际的信号就等于理想信号；如果加入了噪声，实际的信号就将偏离理想型号。
可以通过两个方面来分析有噪声信号偏离理想状态的情况：时序偏移和幅度偏移。
在基于铜线的系统中用电压描述数字信号的幅度，对于光纤系统或射频无线系统采用功率来描述信号幅度。
信号幅度的偏移被定义为幅度噪声（简称噪声），时间的偏移被定义为时序抖动（简称为抖动）。
时序抖动和幅度噪声的影响并不是对等的，幅度噪声是一个持续的过程，它可能始终影响系统的性能。
时序抖动主要在信号边沿跳变的时刻影响系统性能。
根据SONET规范[10]，“Jitter is defined as the short．term variation in the significantpointsofa digital signalfrom their idealpoints in time“，可以理解为抖动是定时边沿偏离了它们的“正确"位置的短时变化(如图2.1所示)。
图2-1 抖动的定义传统上，测量抖动对高速数字通信系统的传输质量来说已经成为至关重要的步骤。
近年来，由于互联网的发展，网络和电脑的速度越来越快，达到了前所未有的水平，所以降低抖动对于高速总线和电路来说已经成为优先考虑的一个因素，这样才能确保它们的质量和可靠性。
抖动也有几种习惯上的的定义方式[10]，它们是时间范畴(time variations)：即数字信号的真实时刻相对其理想时间位置的偏离，这个时候，其物理单位与时间的单位一致，一般用皮秒(ps)，即1×10。
12秒来表示。
工程上也常常使用单位间隔UI(两次测量的时间差)来作为抖动的相对单位：理想位置(ideal position)-在锁相环中，我们经常用到这个概念，即无抖动的时钟时刻和实际的时刻之差，一般可以用时钟恢复来做到；短时间变化(short term)：人们把时间偏差又分漂移(wander)和抖动。