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高速电路的信号完整性分析.pdf


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沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节
高速电路的信号完整性分析

摘 要:介绍了高速 PCB沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节
高速电路的信号完整性分析

摘 要:介绍了高速 PCB 设计中的信号完整性概念以及破坏信号完整性的原因,从理论和计
算的层面上分析了高速电路设计中反射和串扰的形成原因,并介绍了 IBIS 仿真。
关键词:信号完整性 反射 串扰 IBIS 仿真

随着半导体技术和深压微米工艺的不断发展,IC 的开关速度目前已经从几十 MHz 增加
到几百 MHz,甚至达到几 GHz。在高速 PCB 设计中,工程师经常会碰到误触发、阻尼振荡、
过冲、欠冲、串扰等信号完整性问题。本文将探讨它们的形成原因、计算方法以及如何采用
IBIS 仿真方法解决这些问题。

1、 信号完整性定义
信号完整性(Signal Integrity,简称 SI)指的是信号线上的信号质量。信号完整性差
不是由单一因素造成的,而是由板级设计中多种因素共同引起的。破坏信号完整性的原因包
括反射、振铃、地弹、串扰等。随着信号工作频率的不断提高,信号完整性问题已经成为高
速 PCB 工程师关注的焦点。

2、 反射
2.1 反射的形成和计算
传输线上的阻抗不连续会导致信号反射,当源端与负载端阻抗不匹配时,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;如果负载阻抗大于源阻抗,反
射电压为正。反射回来的信号还会在源端再次形成反射,从而形成振荡。现以图 1 所示的理
想传输线模型为例,分析与信号反射有关的重要参数。

图 1,理想传输线 L 被内阻为 R0 的数字信号驱动源 Vs 驱动,传输线的特性阻抗为 Z0,负载
阻抗为 RL。如果终端阻抗(B 点)跟传输线阻抗(A 点)不匹配,就会形成反射,反射回来
的电压幅值由负载反射系数 ρL 决定。Ρt 可由式(1)得出:
ρL=(RL-Z0)/(RL+Z0) (1)
从终端反射回的电压到达源端时,可再次反射回负载端,形成二次反射,此时反射电压的幅
值由源反射系数 ρs 决定,ρs 可由式(2)得出:
ρs=(R0-Z0)/(R0+Z0) (2)
精确计算反射系数和反射电压的关键是确定传输线的特征阻抗,它不仅仅是印制线的电阻。

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  • 时间2022-05-20