信号完整性分析.ppt

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信号完整性分析
软件学院
侯刚
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主要内容
信号完整性分析概述
信号完整性分析规则设置
信号完整性分析器
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信号完整性分析概述
随着电路设计的新工艺、新器件的迅猛发展，高速器件在高速电路设计中的应用已日趋广泛。
在这种高速电路系统中，数据的传送速率和时钟的工作频率都相当高，而且由于功能的复杂多样，电路密集度也相当大。
高速电路设计的重点将与低速电路设计时截然不同，不再仅仅是元件的合理放置与导线的正确连接，还应该对信号的完整性(Signal Integrity，SI)问题给与充分的考虑。
否则，即使原理图正确，系统可能也无法正常工作。
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信号完整性分析概述
信号完整性分析是重要的高速PCB板极
和系统极分析和设计的手段，在硬件电路设
计中发挥着越来越重要的作用。Protel 99SE
提供了具有较强功能的信号完整性分析器，
以及实用的SI专用工具，使Protel 99SE用户
在软件上就能模拟出整个电路板各个网络的
工作情况，同时还提供了多种补偿方案，帮
助用户进一步优化自己的电路设计。
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信号完整性分析概述
我们从以下几个方面对信号完整性分析
的基本知识进行学****br/>信号完整性分析概念
常见的信号完整性问题
信号完整性分析工具
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信号完整性分析概念
所谓信号完整性，顾名思义，就是指信号通过信号线传输后仍能保持完整，即仍能保持其正确的功能而未受到损伤的一种特性。
具体来说，是指信号在电路中以正确的时序和电压做出响应能力。
当电路中的信号能够以正确的时序、持续的时间和电压的幅度进行传送，并到达输出端时，说明该电路具有良好的信号完整性；而当信号不能正常响应，就出现了信号完整性问题。
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信号完整性分析概念
一个数字系统能否正确工作，其关键在于信号定时是否准确。
信号定时与信号在传输线上的传输延迟，以及信号波形的损坏程度都有密切关系。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是由板极设计中的多种因素共同引起的。
仿真证实，集成电路的切换速度过高，端接元件的布设不正确，电路的互连不合理等，都会引发信号完整性问题。
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常见的信号完整性问题
1、传输延时(Transmission Delay)
传输延时表明数据或时钟没有在规定的时间内，以一定的持续时间和幅度到达接收端。信号延时是驱动过载、走线过长的传输线效应引起的。传输线上的等效电容、电感会对信号的数字切换产生延时，影响集成电路的建立时间和保持时间，集成电路只能按照规定的时序来接收数据，延时过长会导致集成电路无法正确判断数据，则电路将不能正常工作，甚至完全不能工作。
在高频电路设计中，信号的传输延时是一个完全无法避免的问题。为此引入了一个延迟容限的概念，即在保证电路能够正常工作的前提下，所允许的信号最大时序变化量。
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常见的信号完整性问题
2、串扰(Crosstalk)
串扰是没有电器连接的信号线之间的感应电压和感应电流所导致的电磁耦合。这种耦合会使信号线起着天线的作用。其容性耦合会引发耦合电流，感性耦合会引发耦合电压，并且随着时钟频率的升高和设计尺寸的缩小而加大。这是由于信号线上有交变的信号电流通过时，会产生交变磁场，处于该磁场中其他信号线会感应出信号电压。
印制电路板层的参数、信号线的距离、驱动端和接收端的电器特性，以及信号线的端接收方式等，都对串扰有一定的影响。
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常见的信号完整性问题
3、反射(Reflection)
反射就是传输线上的回波。信号功率的一部分经传输线传给负载，另一部分则向源端反射。在高速设计中，可以把导线等效为传输线，而不再是集总参数电路中的导线。如果阻抗匹配(源端阻抗、传输线阻抗和负载阻抗等)，则反射不会发生；反之，若负载阻抗与传输线阻抗失配就会导致接收端反射。
布线的某些几何形状，不适当的端接，经过连接器的传输及电源平面不连续等，均会导致信号的反射。反射会导致传送信号出现严重的过冲(Overshoot)或下冲(Undershoot)现象，致使波形变形、逻辑混乱。