高速设计中的信号完整性问点.docx

高速设计中的信号完整性问点.docx高速设计中的信号完整性问点西安电子科技大学电子工程学院张海涛摘要:木文对信号完整性的多种表现形式做了深入的研究,并结合一丁程实践提供了一些合理的解决方法。最后简要介绍了用于系统仿真的IBIS模利。关键词:信号完整性,EMI,IBIS,PLAbstract:Thispaperhasmadeagreatstudyonsignalintegrityandpresentedsomepracticablemethods・IBISmodelisintroducedintheendofthepaper,:Signalintegrity,EMI,IBIS,PI・随着现在科学技术的飞速发展,器件的集成度大规模的提高,同时各类数字器件的信号边沿越来越陡,可以达到几个ns,其至更小。这样高速的信号切换对于系统设计者而言,需要考虑在低频的电路设计屮所不需要考虑的信号完整性(SignalIntegrity)问题。诸如电磁兼容性、串扰、反射以及传输线Z间的耦合情况等等。同时许多系统的工作频率也很高,达到几十MHz甚至上百MHz,以适应人们对于大量数据的处理,例如图象数据处理、音频处理等。这样就要求在电路设计屮要仔细研究所有可能导致信号完桀性的因索和条件,并口在印制电路板之前将这些问题加以完善的解决。这样可以及时的发现问题,并加以修正,提高系统的工作性能,缩短系统的研发周期,减少系统的投入,提高产品的竞争力。信号完整性问题主要表现为反射、延迟、串扰、同步噪声(SSN)和电磁兼容性(EMI)等。1信号的反射信号的上升沿时间和信号传输到接收端所需时间的比例关系决定了信号连线是否被看做是传输线。具体的比例关系由下面的公式可以说明。(1)D其中1:上升沿表示的物理长度,in;Tr:信号的上升沿时间,ps;D:传输延迟,ps/ino如果连线的大于R,我们就可以将信号Z问的连线看做是传输线。那么传输线的阻抗就可以用下面的公式表示。JwCjwL⑵其屮23〉:传输线的特性阻抗Q;R:传输线的串连电阻Q/in;:传输线的串连电感,H/in;:传输线的串连电容,F/ino在高频(几十到几百MHz)情况下满足 具(当然在GMHz以上的范囤内,如果考虑到集肤效应,需要仔细的研究这种关系)。那么式⑵可以简化为式(3)所示。图1信号的反J寸那么对于确定的传输线而言,其特性阴抗为一个常数。信号的反射现象就是因为信号的驱动端和传输线的特性阻抗以及接收端的阻抗不…致所造成的。对于CMOS电路而言信号的驱动端的输出阻抗比较小,为几十Q。而接收端的输入阻抗就比较大。下面给出了信号的反射公式,并且结合图1加以说明。具体的公式推导过程在这里不再详细的叙述。具体的过程可以参见参考文献的内容[1]。5邈密其中是信号山驱动端到传输线时传输线上分压系数:是传输线的传输系数:2)=2*^xW+ZnW是信号由传输线到接收端时,信号发生了-定的衰减,2〉就是信号的衰减系数:禺(町=生吐邑皱+ 信号在传输线和接收端之间的反射系数;Z$(w)+Z■(叨信号在驱动端与传输线之间的反射系数。在实际的系统设计屮,我们可以根据公式⑷计算关键信号的反射。那么如果信号在接收端的反射现象比较严重(出现的振铃情况,形成信号的上冲和下冲等),超过了器件的门限电