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1、第27卷第7期合肥工业大学学报(自然科学版)Vol.27No.72004年7月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYJul.2004数字电路设计中的信号完整性分析余永莉(合肥市计量测试研究所,安徽合肥 230001)摘 要:文章介绍了数字电路设计中的信号完整性问题,探讨了振铃、边沿畸变、反射、地弹、串扰和抖动等各种信号完整性问题的成因和抑制措施。针对常见的反射和串扰给出了较为详细的分析,并提出具体的抑制措施。反射可以通过适当的端接措施来减小甚至消除,而串扰可以通过减小平行走线长度、增加线间距及调整介质厚度等措施来抑制。关键词:信号完整性;
2、信号反射;振铃;地弹;串扰中图分类号:TN929.11 文献标识码:A 文章编号:100325060(2004)0720843204AnalysisofsignalintegrityinthedesignofdigitalcircuitsYUYong2li(HefeiInstituteofMeasurementandTesting,Hefei230001,China)Abstract:Signalintegrityinthecircuitsdesignisdiscussedinthispaper,andthemajorinfluencingfactorsarean
3、alyzedsuchasringing,borderdistortion,reflection,bounce,crosstalkandjitter.Theemphasisisputontheanalysisofcommonproblemsofreflectionandcrosstalk,andconcretecontrolmeasuresarepresented.Reflectioncanbereduced,evendispelled,throughsomepropermeasuresofreceivingterminationwhilecrosstalkcanbemit
4、igatedviasomemeasures,suchasshorteningthelengthofparallelline,increasingthelineinterval,andadjustingthethicknessofthemediumlayer.Keywords:signalintegrity;reflection;ringing;bounce;crosstalk0 引 言当今电子技术的发展日新月异,大规模超大规模集成电路越来越多地应用到通用系统中。IC芯片的发展从封装形式来看,芯片体积越来越小、引脚数越来越多。同时,由于近年来IC工艺的发展,使得其[1]速
5、度越来越高。电子设计的体积减小导致电路的布局布线密度变大,而同时信号的频率还在提高,从而使得如何处理高速信号问题成为一个设计能否成功的关键因素。随着电子系统中逻辑和系统时钟频率的迅速提高和信号边沿不断变陡,印刷电路板的线迹互连和板层特性对系统电气性能的影响也越发重要。因此,高速系统的设计必须面对互连延迟引起的时序问题以及串扰、传输线效应等信号完整性问[1]题,数字信号完整性已经成为系统开发者面临的紧迫问题。收稿日期:2004202223;修改日期:2004203226作者简介:余永莉(1954-),女,湖北武汉人,合肥市计量测试研究所检定员.844 合肥工业大学学
6、报(自然科学版) 第27卷1 信号完整性的概念信号完整性(SI)是指在信号线上的信号质量。差的信号完整性不是由某单一因素导致的,而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振铃、地弹及串扰等。源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射,负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗,反射电压为负;反之,如果负载阻抗大于源阻抗,反射电压为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。信号的振铃(ringing)和环绕振荡(rounding)由线上过度的电感和电容引起,振铃属于欠阻尼状
7、态而环绕振荡属于过阻尼状态。信号完整性问题通常发生在周期信号中,如时钟等。振铃和环绕振荡同反[1,2]射一样也是由多种因素引起的,振铃可以通过适当的端接予以减小,但是不可能完全消除。在电路中有大的电流涌动时会引起地弹,如大量芯片的输出同时开启时,将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过,芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声,这样会在真正的地平面(0V)上产生电压的波动和变化,这个噪声会影响其它元器件的动作。负载电容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大及开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。振铃和地弹都属于信号完整
