信号完整性分析与设计.pdf

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1、高速数字电路信号完整性分析与设计课程内容¢信号完整性概述¢传输线理论¢PCB阻抗控制¢拓扑与端接技术¢时序计算¢串扰与对策¢PCB设计技巧¢信号完整性仿真¢信号完整性调试技巧课程简介01-2信号完整性概述¢信号完整性设计背景¢什么是信号完整性¢信号完整性设计内容¢典型信号完整性问题与对策课程简介01-3高速数字电路设计所面临的挑战现在数字电路发展的趋势¢速率越来越快¢芯片集成度越来越高，PCB板越来越密¢功耗越来越大¢信号电压幅度越来越小¢单端信号向差分信号的转变¢低速并行总线向高速串行总线的转变课程简介01-4高速数字电路设计所面临的挑战数字电路工作速率越来越快课程简介01-5高速数字电路设

2、计所面临的挑战数字电路输出信号上升时间越来越短：课程简介01-6高速数字电路设计所面临的挑战结果：数字信号的传输不能只考虑逻辑上的实现，数字器件开关行为的物理模拟效果往往成为设计成败的关键-信号完整性“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。”-SunMicrosystems课程简介01-7高速互连通道SI模型SystemInterconnectDRIVERCHIPRECEIVERCHIPPRINTEDCIRCUITPRINTEDCIRCUITMEDIAConnector/MEDIACableAssembly110100101110000101Er

3、rorbit课程简介01-8什么是信号完整性（SI）信号完整性是指：传输系统在信号的传输过程中保持信号的时域和频域特性的能力,使信号能满足定时（timing）和信号质量两个方面的要求，即：信号能够按照时序要求定时到达，同时具有较好的信号质量（波形）。课程简介01-9信号完整性要求1）波形完整性Waveformintegrity-单调性（monotonic)-噪声裕量（noisemargin）-上冲下冲（overshoot,undershoot)-振铃（ringing）课程简介01-10信号完整性要求2）时序完整性Timingintegrity--建立保持时间（setup/holdtime）--

4、时序抖动（timingjitter）--串扰课程简介01-11什么时候需要关注信号完整性高速电路的含义1：通常认为如果数字逻辑电路设计的频率达到或者超过20MHz-33MHz，而且工作在这个频率的电路已经占整个电子系统一定的份量（例如三分之一），则称为高速电路设计。课程简介01-12什么时候需要关注信号完整性另外一个含义是指数字信号的上升与下降（或称信号的跳变）非常之快，当信号的上升时间小于6倍（有说4倍）信号传输延时（电长度）时即认为信号是高速信号，而与信号的频率无关。90%PropagationDelayRiseTime<6*()10%课程简介01-13什么时候需要关注信号完整性¢小问题：

5、8KHZ的信号是否为高速信号？课程简介01-14常见的信号完整性问题及其原因¢电平没有达到逻辑电平门限°传输线过长°电平不匹配°负载过重课程简介01-15常见的信号完整性问题及其原因¢多次跨越逻辑电平阈值错误°阻抗不匹配°电感量过大课程简介01-16常见的信号完整性问题及其原因¢延时错误（信号建立时间不满足）°传输线过长°驱动速度慢°负载过重课程简介01-17常见的信号完整性问题及其原因¢上冲/下冲°高速、大电流驱动°阻抗未匹配°电感量过大课程简介01-18常见的信号完整性问题及其原因¢振铃（不单调）°传输线过长°串扰°多负载°阻抗不匹配课程简介01-19常见的信号完整性问题及其原因¢昏睡的眼

6、图原因很多：°阻抗不连续，损耗…课程简介01-20常见的信号完整性问题及其原因¢串扰当有快速变化的电流流过导线时会产生交变的磁场，而使邻近的导线上感应出信号电压，串扰有时也被称作交调。°不恰当叠层°Pcb布线过近°Pcb布线平行距离长°Pcb布线重叠距离长°过快变化的电流课程简介01-21常见的信号完整性问题及其原因¢电源/地噪声：当信号状态快速改变时，在电源和地上会纹波电流。电源/地即使在PCB中采用的是完整的平面结构，也不会象人们所想象的那样“平静”。电源/地噪声有时也被称为地弹，同时开关噪声（SSN）。由于电源/地噪声的复杂性，被与信号完整性分开来，单独作为电源完整性（PowerInte

7、grity）来研究。课程简介01-22常见的信号完整性问题及其原因¢建立与保持时间问题数据的超时延时和数据的信号畸变都会造成数据的读取错误，如信号由于出现严重的振铃现象，部分进入非稳定状态，会使数据不能被可靠地提取，造成误码问题。°时钟与数据信号布线长度不当°信号波形完整性问题课程简介01-23常见的信号完整性问题及其原因课程简介01-24信号完整性分析内容框架信号完整性分析与设计的目的是通过对影