信号完整性分析导论.pdf

信号完整性分析 信号完整性分析 —— 导论 • 信号完整性(SI)已成为工程师和布局设计工程师需要经常 • 信号完整性(SI)已成为工程师和布局设计工程师需要经常 关心的问题。对于布局设计师来说，SI需要提供不影响信 关心的问题。对于布局设计师来说，SI需要提供不影响信 号时序或电压的电路板布局，而对电路工程师来说，SI则 号时序或电压的电路板布局，而对电路工程师来说，SI则 要求向布局设计师提供端接组件、布局策略和布线信息。 要求向布局设计师提供端接组件、布局策略和布线信息。 • 信号完整性定义为信号在电路中能以正确时序和电压作出 • 信号完整性定义为信号在电路中能以正确时序和电压作出 响应的能力。 响应的能力。 • IC开关速度高、端接组件的布局不正确或高速信号的错误 • IC开关速度高、端接组件的布局不正确或高速信号的错误 布线都会引起SI 问题，从而可能使系统输出不正确的数 布线都会引起SI 问题，从而可能使系统输出不正确的数 据、电路工作不正常甚至完全不工作。 据、电路工作不正常甚至完全不工作。 • 在一个已有的PCB板上分析和发现信号完整性问题是一件 • 在一个已有的PCB板上分析和发现信号完整性问题是一件 非常困难的事情，即使找到了问题，在一个已成形的板上 非常困难的事情，即使找到了问题，在一个已成形的板上 实施有效的解决办法也会花费大量时间和费用。那么，我 实施有效的解决办法也会花费大量时间和费用。那么，我 们就期望能够在物理设计完成之前查找、发现并在电路设 们就期望能够在物理设计完成之前查找、发现并在电路设 计过程中消除或减小信号完整性问题，这就是EDA工具需 计过程中消除或减小信号完整性问题，这就是EDA工具需 要完成的任务。先进的EDA信号完整性工具可以仿真实际 要完成的任务。先进的EDA信号完整性工具可以仿真实际 物理设计中的各种参数，对电路中的信号完整性问题进行 物理设计中的各种参数，对电路中的信号完整性问题进行 深入细致的分析。 深入细致的分析。 基本概念 基本概念 • 高速数字设计（High-Speed Digital Design ）强调被动元件的特性及 • 高速数字设计（High-Speed Digital Design ）强调被动元件的特性及 其对电气性能的影响，包括导线、印制电路板以及集成电路封装等 其对电气性能的影响，包括导线、印制电路板以及集成电路封装等 等。 等。 • 高速数字设计研究被动元件如何影响信号传输（振铃和反射），信号 • 高速数字设计研究被动元件如何影响信号传输（振铃和反射），信号 之间的相互作用（串扰） 之间的相互作用（串扰） • 信号完整性（Signal Integrity，以下简称SI ）是传输线上的信号质 • 信号完整性（Signal Integrity，以下简称SI ）是传输线上的信号质 量。一个信号具有良好的信号完整性意味着在需要的时候具有所必需 量。一个信号具有良好的信号完整性意味着在需要的时候具有所必需 达到的电压电平数值 。信号完整性定义为信号在电路中能以正确时序 达到的电压电平数值 。信号完整性定义为信号在电路中能以正确时序 和电压作出响应的能力，也就是指信号在通过一定距离的传输路径后 和电压作出响应的能力，也就是指信号在通过一定距离的传输路径后 在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。 在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。 • 信号完整性基本上是阻抗匹配的问题。而影响阻抗匹配的因素有信号 源的架构和输出阻抗(output impedance)，走线的特性阻抗，负载端 的特性，走线的拓朴(topology)架构等。解决的方式是靠端接 (termination)与调整走线的拓朴。 • 信号完整性是保证系统稳定工作的基础 • 信号完整性是保证系统稳定工作的基础 研究领域 信号端接 reflection, ring, overshoot, undershoot 延迟控制 skew, propagation delay 串扰抑制 crosstalk 电源和地噪声抑制 ground bounce,