电子电路信号完整性及影响因素
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
信号：使用非常广泛。从信息论的角度，信号是 信息的一种物理体现，是信息的载体。广义地信 号定义为一个随时间（和位置）变化的物理量。
模拟信号：在规定的连续时间范围内，信号幅度 值可以取连续范围的任意数值。简单地讲：是指 时间和幅度均是连续的物理量。
数字信号：在时间和幅度上都量化后取得的信号。 它是以某种时间间隔依次出现的数字序列。简单 地讲：是指时间和幅度均是离散的物理量。
1. 时钟抖动的最大值，即峰-峰值（Peak-Peak），单位：ps
2. 时钟抖动的均方根值，即所谓的标准方差（σ），单位：ps
数字信号的边沿抖动，对系统的影响可以认为是一种动态行为， 或者说其影响是随机的，对系统性能破坏更大，尤其是时钟信号 的抖动，常常是制约高速数字系统性能的根本因素。
可编辑ppt
第1章 基本知识
1-1 信号与信号完整性（Signal Integrity） 1-2 频率与时间 1-3 时间与距离 1-4 集总系统与分布系统 1-5 -3dB频率与上升时间 1-6 四种电抗 1-7 高速数字系统中的电阻、电容和电感元件
可编辑ppt
1
1-1 信号与信号完整性（Signal Integrity）
内部时序偏差（Intrinsic Skew）：由逻辑器件内部 产生，表现为逻辑器件输出之间信号延迟上的差别。
外部时序偏差（Extrinsic Skew）：由于连线延迟和 负载条件不同引起的延迟差别。
可编辑ppt
13
时序抖动：当实际信号的边沿与理想时序边沿的偏离 由于受某种因素（如噪声、串扰、电源电压变化等） 不断发生变化时，而且这种变化是随机的，这种现象 就是我们常说的时序抖动，或者说时序晃动。这种偏 离相对于理想位置可能是超前，也可能是滞后的，时 序抖动的数值表示通常有两种：
可编辑ppt
8
可编辑ppt
9
二. 信号完整性
信号完整性涉及到两个方面：信号波形的完整 性和时序的完整性。
信号波形的完整性：经常提及的术语即上述的 五个基本概念，这就是：信号的上升时间；下 降时间；上冲；下冲；振铃；以及接收端的信 号还存在多大的噪声容限。
可编辑ppt
10
时序完整性主要关注的是同步时序方 程是否能满足。经常涉及到是时序偏 差（Skew）和抖动(Jitter)的概念。
可编辑ppt
5
下冲（Undershoot）:又称反冲。指信号在过冲
后，又沿着跳变方向的反方向，信号波形越过稳
定的“1”或“0”状态电平的部分。对于上升沿， 即：从“0”到“1”的跳变，信号上冲后，反过 来又低于逻辑电平“1”的稳定电压值的部分。 对于下降沿，即：从“1”到“0”的跳变，信号 过冲后，反过来又高于逻辑电平“0”的电压稳 定值的部分。
可编辑ppt
11
时序偏差：时序信号的理想“沿变”和实际 上的“沿变” 之差。
在实际系统中，造成时序信号的“沿变” 与理想“沿变”存在差别的一个主要原因 是逻辑器件的信号传输延迟时间上存在着 差别。因此，人们也常直观地将时序偏差 定义为器件输出时序信号的传输延迟之差。
可编辑ppt
12
两类时序偏差：从更广义的角度出发，由于器件之间 连线延迟的不同，或者负载条件的不同，都有可能引 起时序信号的实际“沿变”与理想的“沿变”不同。 可以分为两类。
可编辑ppt
6
占空比（Duty Cycle）：时钟信号在一个 周期内的高低电平的时间宽度之比。一般 用百分比来表示，如果信号脉宽t,周期T,则 占空比为（t/T*100％）。
可编辑ppt
7
振铃（Ring）:信号发生连续多次的上冲和下 冲所形成的震荡。其振幅应是一次比一次小， 逐渐趋于零。
噪声容限（Noise Margin） ：是量度逻辑电 路在最坏工作条件下的抗干扰能力的直流电压 指标, 它规定了ECL电路在稳定状态时允许的 最 或 输 有大 出 两VIL噪 逻 个ma声 辑 噪x)与。 电 声在定平容这义值限种(为定V输最义OH入差：min条输表或件入示V下O逻高L所辑电ma能电 平x)之保平 状差证态值。的(时V这最的IHm里差噪in 声容限, 表示低电平状态时的噪声容限。
2. 一个频率为10 12的正弦波 信号周期为1ps，数字电路根本无法响应这
个信号。 一些电路参数发生变化。如地线的电阻由于趋 肤效应由0.01Ω（1KHz）变为1 Ω ，还有50 Ω 的感应电抗。
可编辑ppt
18
膝频率与上升时间
任何数字信号的膝频率只与数字信号的上升（tr）和 下降沿时间（tf）有关，而与时钟速率无关。
14
实际的数字信号
可编辑ppt
15
要点：
在高速数字系统设计时，实际的数字波形必须 考虑。既：要保持信号的完整性。
信号完整性涉及到两个方面：波形完整性和时 序完整性。
波形完整性要素： 上升和下降时间. 上冲和下冲. 振铃. 噪声容限. 占空比
时序完整性要素： 同步时序方程. 时序偏差. 时序噪声
可编辑ppt
2
一. 数字信号
1. 理想的数字信号
数学模型1：
数学模型2：
可编辑ppt
3
2. 实际的数字信号
上 度升电时压间的（1tr0）%:
数字信号上升沿中对应满幅 —90%处的时间间隔。
下 度降电时压间的（9tf0）%:
数字信号下降沿中对应满幅 —10%处的时间间隔。
ห้องสมุดไป่ตู้
可编辑ppt
4
上冲（Overshoot）:上冲又被称为过冲。它指的是沿着 信号边沿的跳变方向，信号波形中超出稳定的“1”或 “0”状态电平的部分。对于上升沿，是从“0”到“1” 的跳变，在高电平处高于逻辑电平“1”稳定电压值的部 分。对于下降沿，这应是从“1”到“0”的跳变，在低 电平处低于逻辑电平“0”电压稳定值的部分。
可编辑ppt
16
1-2 频率与时间
电路元件的参数对频率敏感，在不同的频率 范围内会表现出来不同的特性。任何一种电 参数，其数值仅在一定的频率范围内有效。
可编辑ppt
17
考虑两个极端情况：
1. 一个频率为10 -12的正弦波 波形变化一个周期需要3万年；若输入到TTL电 路，其输出电压每天变化不到1mV (1年＝ 3.15×107秒)。任何一个包含这样低频率的半 导体器件的试验都会以失败而告终。
模拟信号：在规定的连续时间范围内，信号幅度 值可以取连续范围的任意数值。简单地讲：是指 时间和幅度均是连续的物理量。
数字信号：在时间和幅度上都量化后取得的信号。 它是以某种时间间隔依次出现的数字序列。简单 地讲：是指时间和幅度均是离散的物理量。
1. 时钟抖动的最大值，即峰-峰值（Peak-Peak），单位：ps
2. 时钟抖动的均方根值，即所谓的标准方差（σ），单位：ps
数字信号的边沿抖动，对系统的影响可以认为是一种动态行为， 或者说其影响是随机的，对系统性能破坏更大，尤其是时钟信号 的抖动，常常是制约高速数字系统性能的根本因素。
可编辑ppt
第1章 基本知识
1-1 信号与信号完整性（Signal Integrity） 1-2 频率与时间 1-3 时间与距离 1-4 集总系统与分布系统 1-5 -3dB频率与上升时间 1-6 四种电抗 1-7 高速数字系统中的电阻、电容和电感元件
可编辑ppt
1
1-1 信号与信号完整性（Signal Integrity）
内部时序偏差（Intrinsic Skew）：由逻辑器件内部 产生，表现为逻辑器件输出之间信号延迟上的差别。
外部时序偏差（Extrinsic Skew）：由于连线延迟和 负载条件不同引起的延迟差别。
可编辑ppt
13
时序抖动：当实际信号的边沿与理想时序边沿的偏离 由于受某种因素（如噪声、串扰、电源电压变化等） 不断发生变化时，而且这种变化是随机的，这种现象 就是我们常说的时序抖动，或者说时序晃动。这种偏 离相对于理想位置可能是超前，也可能是滞后的，时 序抖动的数值表示通常有两种：
可编辑ppt
8
可编辑ppt
9
二. 信号完整性
信号完整性涉及到两个方面：信号波形的完整 性和时序的完整性。
信号波形的完整性：经常提及的术语即上述的 五个基本概念，这就是：信号的上升时间；下 降时间；上冲；下冲；振铃；以及接收端的信 号还存在多大的噪声容限。
可编辑ppt
10
时序完整性主要关注的是同步时序方 程是否能满足。经常涉及到是时序偏 差（Skew）和抖动(Jitter)的概念。
可编辑ppt
5
下冲（Undershoot）:又称反冲。指信号在过冲
后，又沿着跳变方向的反方向，信号波形越过稳
定的“1”或“0”状态电平的部分。对于上升沿， 即：从“0”到“1”的跳变，信号上冲后，反过 来又低于逻辑电平“1”的稳定电压值的部分。 对于下降沿，即：从“1”到“0”的跳变，信号 过冲后，反过来又高于逻辑电平“0”的电压稳 定值的部分。
可编辑ppt
11
时序偏差：时序信号的理想“沿变”和实际 上的“沿变” 之差。
在实际系统中，造成时序信号的“沿变” 与理想“沿变”存在差别的一个主要原因 是逻辑器件的信号传输延迟时间上存在着 差别。因此，人们也常直观地将时序偏差 定义为器件输出时序信号的传输延迟之差。
可编辑ppt
12
两类时序偏差：从更广义的角度出发，由于器件之间 连线延迟的不同，或者负载条件的不同，都有可能引 起时序信号的实际“沿变”与理想的“沿变”不同。 可以分为两类。
可编辑ppt
6
占空比（Duty Cycle）：时钟信号在一个 周期内的高低电平的时间宽度之比。一般 用百分比来表示，如果信号脉宽t,周期T,则 占空比为（t/T*100％）。
可编辑ppt
7
振铃（Ring）:信号发生连续多次的上冲和下 冲所形成的震荡。其振幅应是一次比一次小， 逐渐趋于零。
噪声容限（Noise Margin） ：是量度逻辑电 路在最坏工作条件下的抗干扰能力的直流电压 指标, 它规定了ECL电路在稳定状态时允许的 最 或 输 有大 出 两VIL噪 逻 个ma声 辑 噪x)与。 电 声在定平容这义值限种(为定V输最义OH入差：min条输表或件入示V下O逻高L所辑电ma能电 平x)之保平 状差证态值。的(时V这最的IHm里差噪in 声容限, 表示低电平状态时的噪声容限。
2. 一个频率为10 12的正弦波 信号周期为1ps，数字电路根本无法响应这
个信号。 一些电路参数发生变化。如地线的电阻由于趋 肤效应由0.01Ω（1KHz）变为1 Ω ，还有50 Ω 的感应电抗。
可编辑ppt
18
膝频率与上升时间
任何数字信号的膝频率只与数字信号的上升（tr）和 下降沿时间（tf）有关，而与时钟速率无关。
14
实际的数字信号
可编辑ppt
15
要点：
在高速数字系统设计时，实际的数字波形必须 考虑。既：要保持信号的完整性。
信号完整性涉及到两个方面：波形完整性和时 序完整性。
波形完整性要素： 上升和下降时间. 上冲和下冲. 振铃. 噪声容限. 占空比
时序完整性要素： 同步时序方程. 时序偏差. 时序噪声
可编辑ppt
2
一. 数字信号
1. 理想的数字信号
数学模型1：
数学模型2：
可编辑ppt
3
2. 实际的数字信号
上 度升电时压间的（1tr0）%:
数字信号上升沿中对应满幅 —90%处的时间间隔。
下 度降电时压间的（9tf0）%:
数字信号下降沿中对应满幅 —10%处的时间间隔。
ห้องสมุดไป่ตู้
可编辑ppt
4
上冲（Overshoot）:上冲又被称为过冲。它指的是沿着 信号边沿的跳变方向，信号波形中超出稳定的“1”或 “0”状态电平的部分。对于上升沿，是从“0”到“1” 的跳变，在高电平处高于逻辑电平“1”稳定电压值的部 分。对于下降沿，这应是从“1”到“0”的跳变，在低 电平处低于逻辑电平“0”电压稳定值的部分。
可编辑ppt
16
1-2 频率与时间
电路元件的参数对频率敏感，在不同的频率 范围内会表现出来不同的特性。任何一种电 参数，其数值仅在一定的频率范围内有效。
可编辑ppt
17
考虑两个极端情况：
1. 一个频率为10 -12的正弦波 波形变化一个周期需要3万年；若输入到TTL电 路，其输出电压每天变化不到1mV (1年＝ 3.15×107秒)。任何一个包含这样低频率的半 导体器件的试验都会以失败而告终。