信号完整性复习.doc

第一章 概论 狭义的信号完整性（SI），是指信号电压（电流）完美的波形形状及质量。 广义的信号完整性（SI），指在高速产品中，由互连线引起的所有信号电压电平和电流不正常现象，包括：噪声、干扰和时序等。 由于物理互连造成的干扰和噪声，使得连线上信号的波形外观变差，出现非正常形状的变形，称为信号完整性被破坏。信号完整性问题是物理互连在高速情况下的直接结果。信号完整性强调信号在电路中产生正确响应的能力。 信号无失真：信号经过一个系统后，各个参数被等比例地放大或缩小。 高速的含义：（严格地，高频不一定高速，低频也不一定低速）当系统中的数字信号的上升边小于1ns或时钟频率超过100MHz时，我们称之为高速运行。 物理互连的电阻、电容、电感和传输线效应影响了系统性能。作者Eric将后果归结为四类SI问题：反射(reflection)；串扰(crosstalk)；电源噪声（同步开关SSN、地弹、轨道塌陷）；电磁干扰(EMI)。 反射(reflection)是指传输线上有回波。信号功率（电压和电流）的一部分经传输线上传输到负载端，但是有一部分被反射回来形成振铃（ringing），振铃就是反复出现过冲和下冲。（过冲是指第一个峰值或谷值超过设定电压 ；下冲类似）。振铃现象实际上是由阻抗突变产生的反射引起的。减小阻抗突变问题的方法就是让整个网络中的信号所感受的阻抗保持不变 当信号从驱动源输出时，构成信号的电流和电压将互连线看做一个阻抗网络。当信号沿网络传播时，它不断感受到互连线引起的瞬态阻抗变化。如果信号感受到的阻抗保持不变，则信号就保持不失真。一旦阻抗发生变化，信号就会在变化处产生反射，并在通过互连线的剩余部分时发生失真。如果阻抗改变的程度足够大，失真就会导致错误的触发。 串扰crosstalk)是指两个不同的电性能网络之间的相互作用。通常，每一个网络既产生串扰，也会被干扰。 电源噪声主要指同步开关噪声（SSN）。 地弹是返回路径中两点之间的电压，它是由于回路中电流变化而产生的。当流经接地回路电感上的电流发生变化时，在接地回路导线上产生的电压称之为地弹。 电源分布系统（PDS）中轨道塌陷，也是指地/电源网络中阻抗上的压降。 电磁干扰（EMI）是一个传输线（例如电缆、导线或封装的管脚）具有的天线特性结果。它由电流中每个频率分量的辐射引起。如果电流有理想方波的特性，则尽管各次谐波的幅度都以1/f的速率下降，但辐射能力仍会以速率f上升，所以各次谐波对EMI的影响都是相等的。为了减少EMI，设计时应在所有信号中采用尽可能低的带宽。（理由自述） 有损传输线引起数据完整性(DI)问题：有损传输线引起上升边退化，从而引起符号间干扰或ISI，造成数据不完整问题。 频率大于1GHz时，介质损耗的增长与频率成正比，而导线损耗与频率的平方根成正比。 传输线的串联电阻随频率的平方根增加，介质内的并联交流漏电流也随频率线性增长。 信号完整性测量仪器分三类：阻抗分析仪、矢量网络分析仪（VNA）、时域反射计（TDR）。 眼图是用示波器测量串行数据传送效果的有效手段。 互连线本质上就是传输线，一条为信号线，一条为返回线，返回线不能理解成地线。 阻抗是传输线上输入电压对输入电流的比率（Z0=V/I） 特性阻抗描述了信号在均匀传输线上遇到的恒定阻抗，它与单位长度的电容值和信号速度成反比 传输线（输入）阻抗指驱动器源端受到的阻抗，可能随传播时间而变。信号出发时，源端感受到是线的阻抗。随着终端匹配情况、线长和测量时刻不同，传输线的输入阻抗随之而 变。 传输线瞬态阻抗是信号传输途中随时遇到而感受到的先阻抗 互连线中的材料光速V为： 互连线单位长度的时延TDL为： 其中LL、CL分别为传输线单位长度的电感和电容值。 时域和频域 分析信号完整性分为时域和频域两种途径。 时域（time domain）是对一个信号波形进行的示波器观察，它通常用于找出管脚到管脚的时延、错位、过冲、下冲以及建立时间。 频域（frequency domain）是对一个信号波形进行的频谱分析仪观察，它通常用于波形与FCC以及其他EMI控制限制之间的比较。（它能更快地解决问题） 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。 上升时间与信号从低电平跳变到高电平所经历的时间有关，指信号从终值的10%跳变到90%所经历的时间。下降时间通常要比上升时间短一些。 频域最重要的性质是：他不是真实的，而是一个数学构造。时域是唯一客观存在的域。 频域最重要的规则是：正弦波是频域中唯一存在的波形。 在频域中，对波形的描述变为不同正弦波频率值的集合。每一个频率分量都有相关的幅度和相位。把所有这些频率值及其幅度值的集合称为波形的频谱。 频谱中的正弦波频率应是重复频率的整数倍。若时钟频率为1GHz，则DFT就只能