信号与电源完整性分拆与设计-李玉山第1讲.pdf

信号及电源完整性分析与设计[Chapter1] 第一讲 高速系统设计技术及面临的挑战 (开篇) 西安电子科技大学电路CAD研究所 李玉山 2010.11 1 0.0 引子-Integrity分析/Interconnect设计 ● 身边的许多变化，就是信号完整性(SI)的研究成果： 计算机用USB2.0串口取代了许多并口；SMT贴装取代了 插装；FPGA 中增加了LVDS(低压差分信令)模块及匹配设 计；PCB板采用了那么多电源/地平面。 ● 要选择更适合高速数据传输信令和接口；是USB3.0还 是 IEEE 1394b ？要选择合用的连接件 ( 例如是Tyco 或 Amphenol-tcs)？ ● 如何提高我国高速电路信号完整性分析与设计水平？ 2 ● 完整性(Integrity) ：信号波形、电源质量、数据时 序、电磁场秩序的完好程度，统称为广义信号完整性。 ●互连(Interconnect)：芯片内、外连接；PCB内、外 连接；系统连接等。含信号线网、时钟网络与电源网络。 ● 高速时不当互连设计将破坏这些完整性性能。无源 互连元件正取代有源器件成为高速系统设计的主角 ！ ●信号像“列车” ，互连像“铁路” 。信号不完整，全是互 连惹的祸！是数字设计师碰到的新问题！ 3 SI在国内既生疏又熟悉。原先对付干扰、噪声的“三大 法宝”是：接地、滤波、屏蔽。显得比较粗糙和感性，知 识亟待更新深化。现在，国内对SI量化和细化的研究，呈 现出浓厚的热情和较好的普及。 设计师需理解高速设计SI机理，掌握SI分析仿真技术。 近五年我们陆续翻译出版四本原著： 《信号完整性分 析》、《数字信号完整性》、《抖动、噪声与信号完整 性》、《芯片及系统的电源完整性》。 自主编著的一本书《信号完整性分析与设计》(2010年 4月出版)，希望能为同行工程师们加油。 4 0.1 电气性能的完整性 英文中人格完整性(personal integrity)，指完善、廉正。 对于电气性能，“完整”就是属性的完美。除了狭义信号的 完整性(SI)之外，还有数据完整性(DI) 、电源完整性(PI) 、 电磁完整性(EMI) 、热完整性(TI)等。 信号(SI)和数据完整性(DI)，是指信号电压( 电流)完美的 波形形状保真度。如果互连设计不当，信号中有严重干扰 和噪声；信号外观失真和退化，即信号完整性被破坏。 信号和数据完整性设计的追求是：电路正常工作；数据 可靠传输。SI/DI是高速互连的核心问题。 5 广义信号完整性(SI)泛指由各种信号、数据、电源互 连引起的所有电压、电流不正常现象，包括：噪声、干 扰、时序抖动、数据传输等。 狭义的信号/数据完整性，指信号电压( 电流)波形的质 量,主要包括反射和串扰。物理互连使得信号的波形变退 化；形成信号幅度上的噪声(SI)和时序上的错位/ 抖动 (DI) (其实，幅度噪声也可以折算到时序抖动，见DSI一书2.65式)。 分析信号(含数据)完整性，归根结底落实到改进理互 连设计，使高速信号仍能保持正常工作和传输。 6 0.2 高速的含义