信号完整性分析与设计
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高速数字电路信号完整性 分析与设计
课程内容
信号完整性概述 传输线理论 PCB阻抗控制 拓扑与端接技术 时序计算 串扰与对策 PCB设计技巧 信号完整性仿真 信号完整性调试技巧
课程简介
01-2
信号完整性概述
信号完整性设计背景 什么是信号完整性 信号完整性设计内容 典型信号完整性问题与对策
课程简介
01-3
高速数字电路设计所面临的挑战
现在数字电路发展的趋势 速率越来越快 芯片集成度越来越高，PCB板越来越密 功耗越来越大 信号电压幅度越来越小 单端信号向差分信号的转变 低速并行总线向高速串行总线的转变
课程简介
01-4
高速数字电路设计所面临的挑战
数字电路工作速率越来越快
110000101
Error bit
课程简介
01-8
什么是信号完整性（SI）
信号完整性是指：传输系统在信号的传输过程中 保持信号的时域和频域特性的能力,使信号能满足定时 （timing）和信号质量两个方面的要求，即：信号能够 按照时序要求定时到达，同时具有较好的信号质量（ 波形）。
课程简介
01-9
信号完整性要求
1）波形完整性Waveform integrity -单调性（monotonic) -噪声裕量（noise margin） -上冲下冲（overshoot,undershoot) -振铃（ringing）
课程简介
01-10
信号完整性要求
2）时序完整性 Timing integrity --建立保持时间 （setup/hold time） --时序抖动 （timing jitter） --串扰
多次跨越逻辑电平阈值错误
阻抗不匹配 电感量过大
课程简介
01-16
常见的信号完整性问题及其原因
延时错误（信号建立时间不满足）
传输线过长 驱动速度慢 负载过重
课程简介
01-17
常见的信号完整性问题及其原因
上冲/下冲
高速、大电流驱动 阻抗未匹配 电感量过大
课程简介
01-18
常见的信号完整性问题及其原因
由于电源/地噪声的复杂性，被与信号完整性分开来，单独作为 电源完整性（Power Integrity）来研究。
课程简介
01-22
常见的信号完整性问题及其原因
建立与保持时间问题
数据的超时延时和数据的信号畸变 都会造成数据的读取错误，如信号由 于出现严重的振铃现象，部分进入非 稳定状态，会使数据不能被可靠地提 取，造成误码问题。
- Sun Microsystems
课程简介
01-7
高速互连通道SI模型
System Interconnect
DRIVER CHIP PRINTED CIRCUIT MEDIA
RECEIVER CHIP
Connector / Cable Assembly
PRINTED CIRCUIT MEDIA
110100101
时钟与数据信号布 线长度不当 信号波形完整性问 题
课程简介
01-23
常见的信号完整性问题及其原因
课程简介
01-24
信号完整性分析内容框架
信号完整性分析与设计的目的是通过对影响信号传输 质量的因素进行分析和研究，保证高速信号的传输。
课程简介
01-25
案例
课程简介
01-26
课程简介
01-5
高速数字电路设计所面临的挑战
数字电路输出信号上升时间越来越短：
课程简介
01-6
高速数字电路设计所面临的挑战
结果： 数字信号的传输不能只考虑逻辑上的实现，数字器件开关 行为的物理模拟效果往往成为设计成败的关键-信号完整性
“有两类设计人员...已经遇到信号完整性问题的人 员. ..和将要遇到信号完整性问题的人员。”
课程简介
01-11
什么时候需要关注信号完整性
高速电路的含义1：通常认为如果数字逻辑电路设计的频 率达到或者超过20MHz-33MHz，而且工作在这个频率的电路 已经占整个电子系统一定的份量（例如三分之一），则称为 高速电路设计。
课程简介
01-12
什么时候需要关注信号完整性
另外一个含义是指数字信号的上升与下降（或称信号的 跳变）非常之快，当信号的上升时间小于6倍（有说4倍） 信号传输延时（电长度）时即认为信号是高速信号，而 与信号的频率无关。
振铃（不单调）
传输线过长 串扰 多负载 阻抗不匹配
课程简介
01-19
Fra Baidu bibliotek
常见的信号完整性问题及其原因
昏睡的眼图
原因很多： 阻抗不连续，损耗…
课程简介
01-20
常见的信号完整性问题及其原因
串扰 当有快速变化的电流流过导线时会产生交变的磁场，而使 邻近的导线上感应出信号电压，串扰有时也被称作交调。
90%
Rise Time
<
6*
(
Propagation Delay
)
01-13
10%
课程简介
什么时候需要关注信号完整性
小问题：8KHZ的信号是否为高速信号？
课程简介
01-14
常见的信号完整性问题及其原因
电平没有达到逻辑电平门限 传输线过长 电平不匹配 负载过重
课程简介
01-15
常见的信号完整性问题及其原因
不恰当叠层 Pcb布线过近 Pcb布线平行距离长 Pcb布线重叠距离长 过快变化的电流
课程简介
01-21
常见的信号完整性问题及其原因
电源/地噪声： 当信号状态快速 改变时，在电源和地 上会纹波电流。电源/ 地即使在PCB中采用的 是完整的平面结构， 也不会象人们所想象 的那样“平静”。 电 源/地噪声有时也被称 为地弹，同时开关噪 声（SSN ）。
课程内容
信号完整性概述 传输线理论 PCB阻抗控制 拓扑与端接技术 时序计算 串扰与对策 PCB设计技巧 信号完整性仿真 信号完整性调试技巧
课程简介
01-2
信号完整性概述
信号完整性设计背景 什么是信号完整性 信号完整性设计内容 典型信号完整性问题与对策
课程简介
01-3
高速数字电路设计所面临的挑战
现在数字电路发展的趋势 速率越来越快 芯片集成度越来越高，PCB板越来越密 功耗越来越大 信号电压幅度越来越小 单端信号向差分信号的转变 低速并行总线向高速串行总线的转变
课程简介
01-4
高速数字电路设计所面临的挑战
数字电路工作速率越来越快
110000101
Error bit
课程简介
01-8
什么是信号完整性（SI）
信号完整性是指：传输系统在信号的传输过程中 保持信号的时域和频域特性的能力,使信号能满足定时 （timing）和信号质量两个方面的要求，即：信号能够 按照时序要求定时到达，同时具有较好的信号质量（ 波形）。
课程简介
01-9
信号完整性要求
1）波形完整性Waveform integrity -单调性（monotonic) -噪声裕量（noise margin） -上冲下冲（overshoot,undershoot) -振铃（ringing）
课程简介
01-10
信号完整性要求
2）时序完整性 Timing integrity --建立保持时间 （setup/hold time） --时序抖动 （timing jitter） --串扰
多次跨越逻辑电平阈值错误
阻抗不匹配 电感量过大
课程简介
01-16
常见的信号完整性问题及其原因
延时错误（信号建立时间不满足）
传输线过长 驱动速度慢 负载过重
课程简介
01-17
常见的信号完整性问题及其原因
上冲/下冲
高速、大电流驱动 阻抗未匹配 电感量过大
课程简介
01-18
常见的信号完整性问题及其原因
由于电源/地噪声的复杂性，被与信号完整性分开来，单独作为 电源完整性（Power Integrity）来研究。
课程简介
01-22
常见的信号完整性问题及其原因
建立与保持时间问题
数据的超时延时和数据的信号畸变 都会造成数据的读取错误，如信号由 于出现严重的振铃现象，部分进入非 稳定状态，会使数据不能被可靠地提 取，造成误码问题。
- Sun Microsystems
课程简介
01-7
高速互连通道SI模型
System Interconnect
DRIVER CHIP PRINTED CIRCUIT MEDIA
RECEIVER CHIP
Connector / Cable Assembly
PRINTED CIRCUIT MEDIA
110100101
时钟与数据信号布 线长度不当 信号波形完整性问 题
课程简介
01-23
常见的信号完整性问题及其原因
课程简介
01-24
信号完整性分析内容框架
信号完整性分析与设计的目的是通过对影响信号传输 质量的因素进行分析和研究，保证高速信号的传输。
课程简介
01-25
案例
课程简介
01-26
课程简介
01-5
高速数字电路设计所面临的挑战
数字电路输出信号上升时间越来越短：
课程简介
01-6
高速数字电路设计所面临的挑战
结果： 数字信号的传输不能只考虑逻辑上的实现，数字器件开关 行为的物理模拟效果往往成为设计成败的关键-信号完整性
“有两类设计人员...已经遇到信号完整性问题的人 员. ..和将要遇到信号完整性问题的人员。”
课程简介
01-11
什么时候需要关注信号完整性
高速电路的含义1：通常认为如果数字逻辑电路设计的频 率达到或者超过20MHz-33MHz，而且工作在这个频率的电路 已经占整个电子系统一定的份量（例如三分之一），则称为 高速电路设计。
课程简介
01-12
什么时候需要关注信号完整性
另外一个含义是指数字信号的上升与下降（或称信号的 跳变）非常之快，当信号的上升时间小于6倍（有说4倍） 信号传输延时（电长度）时即认为信号是高速信号，而 与信号的频率无关。
振铃（不单调）
传输线过长 串扰 多负载 阻抗不匹配
课程简介
01-19
Fra Baidu bibliotek
常见的信号完整性问题及其原因
昏睡的眼图
原因很多： 阻抗不连续，损耗…
课程简介
01-20
常见的信号完整性问题及其原因
串扰 当有快速变化的电流流过导线时会产生交变的磁场，而使 邻近的导线上感应出信号电压，串扰有时也被称作交调。
90%
Rise Time
<
6*
(
Propagation Delay
)
01-13
10%
课程简介
什么时候需要关注信号完整性
小问题：8KHZ的信号是否为高速信号？
课程简介
01-14
常见的信号完整性问题及其原因
电平没有达到逻辑电平门限 传输线过长 电平不匹配 负载过重
课程简介
01-15
常见的信号完整性问题及其原因
不恰当叠层 Pcb布线过近 Pcb布线平行距离长 Pcb布线重叠距离长 过快变化的电流
课程简介
01-21
常见的信号完整性问题及其原因
电源/地噪声： 当信号状态快速 改变时，在电源和地 上会纹波电流。电源/ 地即使在PCB中采用的 是完整的平面结构， 也不会象人们所想象 的那样“平静”。 电 源/地噪声有时也被称 为地弹，同时开关噪 声（SSN ）。