信号完整性之波形完整性分析.ppt

信号完整性分析 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 内容介绍 信号完整性设计 波形完整性 电源完整性 时序完整性（暂时不讲） 高速PCB技术 叠层、布线、电源 信号完整性设计 信号完整性定义 波形完整性 信号完整性定义 信号完整性（Signal Integrity，简称SI）是指在信号线上的信号质量。 信号完整性内容 波形完整性（Waveform integrity） 电源完整性（Power integrity） 时序完整性（Timing integrity） 信号完整性分析的目的就是用最小的成本，最快的时间使产品达到波形完整性、时序完整性、电源完整性的要求 信号完整性设计 信号完整性定义 波形完整性 传输线，串扰 常见的传输线 同轴电缆实物照片 双绞线实物照片 什么情况用传输线方式考虑（一） 集总模型(lumped model) FR4 PCB板大约为15cm = 1ns 传统的TTL逻辑变换的速度约为10ns V AA’ = V BB’与IA = IB 什么情况用传输线方式考虑（一） 分布模型(distributed model) 例如0.5ns的上升沿 在传输线上的电压会不一致 V AA’ ≠ V BB’与IA ≠ IB 什么情况用传输线方式考虑（二） 当导线长度能够和波长进行比拟的时候，就应该按照传输线考虑问题 1GHz，pcb板上的波长 λ=Vp/f=1.5*108/109 =0.15m 基尔霍夫定律已经不能适用 传输线的分类 仅从PCB设计角度来看，我们只能碰到两种传输线： 带状线（stripline） 微带线（microstrip） 从信号质量的保证来讲：带状线优于微带线 从EMI/EMC角度讲：带状线优于微带线 信号传输速度：微带线优于带状线 需要注意的两点：时延和阻抗 FR4 微带线 信号速度 1.7-1.8*10^8 带状线 信号速度 1.5-1.6*10^8 传输线特征阻抗及无损耗模型 特征阻抗是指信号沿传输线传播时，信号看到的瞬间阻抗的值 无损模型：R=0， G=0。 传输线特性 PCB上衰减主要 取决于 —— G 特征阻抗取决于 L，C 信号速度 4.2~4.4 高频时，？ 4.2 一次反射的过程 反射 当信号在线终端处的阻抗不连续点被反射时，信号的一部分将反射回源头。当反射信号到达源头时，若源头端阻抗不等于传输线阻抗将产生二次反射。接着，由于传输线的两端都存 在阻抗不连续，信号将在驱动线路和接收线路之间来回反射，最终达到直流稳态。 端接 源端匹配 要求缓冲器阻抗和电阻值的和等于传输线的特征阻抗 终端匹配 串扰 串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声。 前向串扰、后向串扰 容性耦合和感性耦合在前向和后向产生耦合电流。对应的串扰叫前向串扰（又名远端串扰）和后向串扰（又名近端串扰）。 微带线和带状线的串扰 前向串扰：由互感和互容引起的，两者在被侵害网络上引起的耦合电流方向相反。 信号线走在内层时，两者引起的串扰大小基本相同，方向相反，从而大部分相互抵消。这时候前向串扰对信号的影响可以忽略不计了，后向串扰成为我们关注的重点。 所以要求所有高速信号和时钟信号尽量走在内层。 减小串扰的方法 减小串扰的方法就是想办法减小互感和互容。 通过上面的仿真结果，我们可以得出常用的减小串扰的方法： 尽量走带状线，少走微带线 减小相邻走线的并行长度 增大相邻走线的间距 减小走线层和平面层的距离 使用信号沿较缓的器件 串扰的其他注意点 除了上面我们通过仿真得到的一些减小串扰的方法外，串扰的其它注意点还包括： 1、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 2、对于多条平行线的情况，其中某一线上的串扰为其它各条线各自对其串扰的综合结果，某些情况下，串扰可以抵消；同样也可能增强。 3、对于传输周期信号的信号线，串扰也是周期性的 4、差分信号对其他信号的串扰或者抗串扰能力要比单端信号好一些 谢谢！