李玉山信号完整性SI分析1-2.ppt

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1、高速电路与系统互连设计中信号完整性(SI)分析(之1~2[0]：综述)李玉山西安电子科技大学电路CAD研究所信号完整性(SI)可以泛指由互连线引起的所有信号电压电平和电流不正常现象，包括：噪声、干扰和时序等。狭义的信号完整性，是指信号电压(电流)波形的形状及质量,包括反射和串扰。由于物理互连造成的干扰和噪声，使得连线上信号的波形外观变差，出现了非正常形状的变形，称为信号完整性被破坏。信号完整性问题是物理互连在高速情况下的直接结果。图0-1五种PCB互连线的形式电路图给出元器件及其互连关系。而同一个网络，电属性相同，其互连拓扑关系可能如下：点到点远端簇菊花链图0-2单个网络的各种互连

2、拓扑情况物理互连的电阻、电容、电感和传输线效应影响了系统性能。作者Eric将后果归结为四类SI问题：反射(reflection)；串扰(crosstalk)；电源噪声（同步开关SSN、地弹、轨道塌陷）；电磁干扰(EMI)。此种划分系一家之言！图0-3四种信号完整性问题图解图0-4有振铃曲线是由于阻抗不匹配造成的反射现象图0-5实际互连的阻抗不匹配示例图0-6PCB板上线条接有源端串接电阻40(红色)、无源端串联端接电阻(蓝色)负载端不同的电压信号图0-7互连线的远端和近端串扰情况图0-8三种电源噪声和地弹情况图0-9PCB的EMI情况●有损传输线引起数据完整性(DI)问题有损传输

3、线引起上升边退化，从而引起符号间干扰或ISI，造成数据不完整问题。当频率大于1GHz时，介质损耗的增长与频率成正比，而导线损耗与频率的平方根成正比(注意此处的自变量为频率)。FR4的介质损耗对当传输10inch后，上升边将增加到100ps。图0-10由于有损线造成的上升边退化同层屏蔽线GndVDDGnd屏蔽层衬底层(Gnd)图0-11对抗线间串扰的屏蔽措施剖面说明图0-12为了减小电感，实际去耦电容过孔的安装情况去耦电容VDD芯片内核Gnd板线键合线图0-13去耦电容消除地弹，仍不如芯片内去耦图0-14电缆外加装扼流圈防止EMISI的四种分析、描述手段和途径经验法则；解析近似；数值

4、仿真(有场和路两种途径)；实际测量。SI仿真用软件SPICE（侧重IC的仿真程序）Mentor公司：HyperlynxCandence公司：SigXP（SigXplorer）Ansoft:HFSS（高频结构仿真器）、SI2DAgilent公司：ADS测量高速互连的三种主要仪器阻抗分析仪；矢量网络分析仪(VNA)；时域反射仪(TDR)。图0-15信号线1穿过电源2、地平面3到达4。返回电流经由电源、地平面间的容性耦合，从第3层跳到第2层。