信号与电源完整性分拆与设计-李玉山第7讲.pdf

信号及电源完整性分析与设计[Chapter7] 第七讲 传输线设计及接地、过孔分析 西安电子科技大学电路CAD研究所 李玉山 1 7.0 引言 美国90％工程师按传输线设计互连。说到底，传输线 是一种场的简化概念！关注的是互连的阻抗、时延和信号 的波形！ 准确分析高速互连的SI，要从认识传输线开始！ 传输线三种阻抗万变不离其宗，仍是阻抗的基本定义 。只不过将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗；将信号随 时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗。如果在信号前进过程中 ，传输线的横截面，包括信号路径与返回路径几何结构都 不变的均匀传输线，则称其为特性阻抗。 2 一般的传输线都是由两条有一定长度的导线组成。 图7.1给出传输线概念的本质特点，把一条称为信号 路径，另一条称为返回路径。 图7.1 传输线由任意两条有一定长度的导线组成。其中一条标记为 信号路径，另一个为返回路径 3 一种糊涂认识：线电阻怎么是50 Ω？是并联还是串联？ 注意，这里应是阻抗而非电阻！ 传输线的两个重要特征：特性阻抗和时延 (低速场合均被 忽略而已)，说的都是：传输线对信号的作用。 理想传输线模型 (彻底的分布式)性能与实际互连实测性 能更加吻合；模型带宽相当高。理想传输线也可以用R-L- G-C集总参数组合近似。 理想传输线是仿真工具箱中的一种新的电路元件，用于 仿真效果较好，但电路概念不够简明易懂。 4 7.1 返回路径不同于“接地” 以往我们简单地将“地”当作传输线返回路径。 信号完整性设计中，最忌讳的就是滥用“地”这一名词。 应习惯于把其他导体看作是返回路径。事实上，中央“地” 已经难觅，更多的是本地“地” 。 电源布线主要考虑SSN，不要让多个返回路径形成“大 合唱”。理想情况下每个信号都有单独的返回地路径。即 使一般情况下信号与地引脚比率为8:1(认为电源引脚数=地 引脚数)；超高速互连则要求这一比率为2:1。 5 信号完整性的许多问题，源自返回路径设计不当。 要认真设计信号之外其他路径的几何形状 (它影响特 性阻抗和耦合等)。 以往把某一路径称作地时，我们已经将它默认地 看成是所有电流的汇合处。隐喻是中央“地”，即： 返回电流流进这里，又从这里流向别处。这是一种完 全错误的观点! 事实上，只要情况允许，信号的返回路径总会选 择尽量靠近信号路径。 6 图7.2 不再使用“地”这个词，能避免许多问题 图7.2 强调不能笼统地“接地”，要设计返回路径，才能有 解决问题的思路。追朔其根源：是原理图上只有地而没 有返回路径，从而对版图设计造成极大误引导。 返回路径有时可能是个电源平面，如Vcc或Vdd平面；有时 是一个低电平平面 (但不是传统意义上的“地”)。原理图 设计中，可能仍然被标记为地。PCB版图对SI设计很重 要，不能看作是无关紧要的布板、勒版(Layout) 。 7 7.2 信号 在分析信号与互连的相互作用时，两导线同等重要 。 有时两条线一样，如双绞线，信号路径与返回路径 没有严格的区分。可以将任