伯格丁信号完整性-学习笔记
- 格式:docx
- 大小:40.42 KB
- 文档页数:8
信号完整性基础知识术语、符号和缩略语术语1.信号完整性(Signal Integrity)信号完整性是指信号在信号线上的质量。
信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候具有所必需达到的电压电平数值。
2.传输线(Transmission Line)传输线是一个网络(导线),并且它的电流返回到地或电源。
3.特性阻抗(Characteristic Impedance)组成信号传输回路的两个导体之间存在分布电感和分布电容,当信号沿该导体传输时,信号的跃变电压(V)和跃变电流(I)的比值称为特性阻抗(Z0),即Z0=V/I。
4.反射(Reflection)反射就是在传输线上的回波。
信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处,但是有一部分被反射了。
如果源端与负载端具有相同的阻抗,反射就不会发生。
5.串扰(Crosstalk)串扰是两条信号线之间的耦合。
信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。
容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。
6.过冲(Overshoot)过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压。
对于上升沿是指最高电压,而对于下降沿是指最低电压。
过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致过早地失效。
7.下冲(Undershoot)下冲是指下一个谷值或峰值。
过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误(误操作)。
8.电路延迟指信号在器件内传输所需的时间(T pd)。
例如,TTL的电路延迟在3 ~ 20nS 范围。
9.边沿时间器件输出状态从逻辑低电平跃变到高电平所需要的时间(信号波形的10~90%),通常表示为上升沿(T r)。
器件输出状态从逻辑高电平下降到低电平所需要的时间(信号波形的90~10%),通常表示为下降沿(T f)。
10.占空比偏斜信号传输过程中,从低电平到高电平的转换时间与从高电平到低电平的转换时间之间的差别,称为占空比偏斜。
TTL和CMOS信号的占空比偏斜问题较为突出,主要是因为其输出的上升沿和下降沿延迟不同。
信号完整性之100条法则下面是一位信号完整性大牛Eirc Bogatin总结的SI/PI方面的精华,条条是经验,句句都经典,看完立马涨姿势:1信号上升时间约是时钟周期的10%,即1/10x1/Fclock。
例如100MHZ 使中的上升时间大约是1NS.2.理想方波的N 次谐波的振幅约是时钟电压副值的2/(N 派)倍。
例如,1V时钟信号的第一次谐波幅度约为0.6V,第三次谐波的幅度约是0.2V。
3信号的带宽和上升时间的关系为:BW=0.35/RT。
例如,如果上升时间是1NS,则带宽是350MHZ。
如果互连线的带宽是3GHZ,则它可传输的最短上升时间约为0.1NS。
4如果不知道上升时间,可以认为信号带宽约是时钟频率的5 倍。
5LC 电路的谐振频率是5GHZ/sqrt(LC),L 的单位为NH,C 的单位为PF.6在400MHZ 内,轴向引脚电阻可以看作理想电阻;在2GHZ 内,SMT0603电阻可看作理想电阻。
7轴向引脚电阻的ESL(引脚电阻)约为8NH,SMT 电阻的ESL 约是1.5NH。
8直径为1MIL 的近键合线的单位长度电阻约是1 欧姆/IN。
9.24AWG 线的直径约是20MIL,电阻率约为25 毫欧姆/FT。
10. 1 盎司桶线条的方块电阻率约是每方块0.5 豪欧姆。
11在10MHZ 时,1 盎司铜线条就开始具有趋肤效应。
12直径为1IN 球面的电容约是2PF。
13硬币般大小的一对平行板,板间填充空气时,他们间的电容约为1PF。
14当电容器量板间的距离与板子的宽度相当时,则边缘产生的电容与平行板形成的产生的电容相等。
例如,在估算线宽为10MIL、介质厚度为10MIL的微带线的平行板电容时,其估算值为1PF/IN,但实际的电容约是上述的两倍,也就是2PF/IN。
15如果问对材料特性一无所知,只知道它是有机绝缘体,则认为它的介电常数约为4。
16、1 片功率为1W 的芯片,去耦电容(F)可以提供电荷使电压降小于小于5%的时间(S)是C/2。
学习笔记认知相关信号通路
信号通路基本常识
生物界的信号有三类:物理信号、化学信号和生物信号,而人体自身的信号转导主要依赖的是生物信号,比如内分泌系统的激素、神经系统的神经递质以及通过旁分泌或自分泌产生的细胞因子等。
而信号作用于细胞后会有5种常见的结局:促进代谢,细胞分裂,细胞分化,细胞死亡或者其他——激活某一种特定的细胞功能。
通常信号通路包含三个基本的构成元件:
1)配体(ligand)和受体(receptor)。
当配体特异性地结合到细胞膜或细胞内的受体后,可通过构象改变以及蛋白磷酸化修饰对下游一系列蛋白进行激活或抑制调节,将外界信号级联放大,最终产生综合性的细胞应答反应。
2)蛋白激酶(kinase)。
它可将ATP的磷酸基转移到底物某个蛋白的特定氨基酸残基上去,从而快速改变下游蛋白的构象,是常规信号通路中传递信息的最主要的蛋白类型。
激酶中最主要的两类是酪氨酸激酶(PTK)和丝氨酸/苏氨酸激酶(STK)。
3)转录因子(transcription factor)。
它是一类DNA结合蛋白,可参与调控基因转录过程,成为了胞内的第三信使。
而第一信使是胞外的
配体,第二信使是配体受体结合后激活的胞内信号分子,如环磷腺苷(cAMP)、环磷鸟苷(cGMP)、Ca2+等,有助于信号向胞内进行传递。
信号:1.用声音、光线、标志等传送的约定通信符号。
一般用来指挥行动或指示目标,如口令、汽笛、红绿灯等。
2.利用电流或电压、无线电波等传送信息时,带有信息的电流或电压、无线电波等称为电信号,简称信号。
信号完整性分析:《信号完整性分析》是2005年04月电子工业出版社出版的图书,作者伯格丁。
内容简介:《信号完整性分析》作者以实践专家的视角提出了造成信号完整性问题的根源,特别给出了在设计前期阶段的问题解决方案。
《信号完整性分析》全面论述了信号完整性问题。
主要讲述了信号完整性和物理设计概论,带宽、电感和特性阻抗的实质含义,电阻、电容、电感和阻抗的相关分析,解决信号完整性问题的四个实用技术手段,物理互连设计对信号完整性的影响,数学推导背后隐藏的解决方案,以及改进信号完整性推荐的设计准则等。
该书与其他大多数同类书籍相比更强调直观理解、实用工具和工程实践。
它以入门式的切入方式,使得读者很容易认识到物理互连影响电气性能的实质,从而可以尽快掌握信号完整性设计技术。
译者序本书作者Eric Bogatin具有20多年从事信号完整性研究、进行互连设计和开展工程师培训的经验。
作者在书中以独特的工程视角和入门式的切入方式揭示了信号完整性问题的根源,帮助读者尽可能在电子设计的初期找到信号完整性问题的解决方案。
本书是他在信号完整性领域的一部力作,特色鲜明、可读性强,主要的读者对象是电子设计工程师。
当前,电子系统与电路全面进入1 GHz以上的高速高频设计领域。
在实现VLSI芯片、PCB和系统设计功能的前提下,具有性能属性的信号完整性问题已经成为电子设计的一个瓶颈。
国外在理论研究、工程实践和EDA软件方面都有很多建树。
前言通常,人们一提到印刷电路板(PCB)和IC封装设计,常常会想到电路设计、版图设计、CAD工具、热传导、机械工程和可靠性分析等。
现在,随着现代数字电子系统突破1 GHz的壁垒,PCB板级设计和IC封装设计必须都要考虑到信号完整性和电气性能问题。
在AD出Gerber的时候,在layer选项下有2个栏,Layer to Plots和Mechanical layers to Add to All Plot. 一般情况下Mechanical layers to Add to All Plot.可以不予理会,此处的意思表示需要添加到任何层面的mechanical layers出Gerber的时候,如果没有删除room,有时会提示The film is too small for this PCB.因为room 会在角落离开PCB很远,但是gerber需要包含room的信息,如果gerber时候设置的film 的大小比较小,就会有这个问题。
如果有些object实在无法寻找,而需要的object比较好选择,可以ctrl+A,然后deselect需要的object,直接del即可将无法找寻的objectdel掉用PCB Inspector批量修改pad的soldermask expansion的时候,必须先勾选soldermask override,表示可以自定义soldermask expansion在Altium Designer里面设置内层pad和via的连接的时候,需要将pad设置为thermal,而via不需要,在设置all pad thermal connect以后,需要再add一个all direct connect的rule,优先级设置低于all pad thermal connect..否则所有的via将不会被连接到内层的plane低阻抗PDS的设计要点使GND与VCC尽量靠近 / 低电感值的去耦电容 / 封装assign多个寄生电感低的VCC与GND Via/常见的电磁干扰源差分信号转化为公模信号,在外部双绞线缆上输出PCB地弹在外部单端屏蔽线上产生公模电流。
附加的噪声可以由内部产生的辐射泄露溢出屏蔽罩引起做PCB NPTH的时候,可以在mechaincal 1层做一个NPTH,选中,Tool -> Convert -> Creat Board Cutout from Select Primitives可以在PCB上做一个针对所有层的Routing Keepout(not all electronical layer),首先在mechaincal 1 layer上做一个primitive,选中,Tool -> Convert -> Creat Cutout from Select Primitives在allegro中,框选一个封闭的line,可以compose 以line为外框的shape。
前言:身为学渣的我顶着巨大压力把它全部整理完了才开始复习。
不过整理了一遍之后发现免疫的思路就清晰了很多,所以建议大家如果有时间的话也可以自己整理一遍课件,但是要速成免疫的话那就将就着用这份吧。
第一章医学免疫学绪论一、基本概念医学免疫学Medical immunology研究人体免疫系统、免疫相关疾病及免疫学临床应用的学科免疫力Immunity机体识别和排除异源性物质的功能,关键是机体需要具备区分自己(self)和异己(nonself)二、发展经验免疫学时期(18-20c初)近代免疫学时期(20c中)现代免疫学时期(20c末-今)三、免疫系统(Immune system)防御(defence):病原微生物、异原成分超敏反应免疫缺陷、感染自稳(hemeostasis):衰老、病变细胞自身免疫病—监视(surveillance):肿瘤细胞—癌症?固有免疫(Innate Immunity):体先天存在的免疫力,直接抵抗外来侵袭的免疫系统。
?适应性免疫(Adaptive Immunity):机体后天获得的免疫力,能特异性识别和排除抗原的免疫系统,具有记忆性的特点,又称获得性免疫。
?特点:记忆性、反应性、特异性?组成:器官:胸腺、骨髓、淋巴结、脾脏细胞:淋巴、单核巨噬、粒、树突状分子:抗体、补体、细胞因子、免疫细胞膜分子、信号转导分子 ?免疫组:人类1000-3000个免疫相关基因编码>1013 不同序列的蛋白,其中的抗体、T细胞抗原受体(TCR)、主要组织相容性复合体(MHC)具有高度多样性和多态性第二章免疫器官(Immune organ)一、中枢免疫器官(Central immune organ):免疫细胞分化发育的部位 1、胸腺(Thymus)?结构:由皮质,髓质组成,含Thymocyte和Stromal cells ?功能:T 细胞分化发育的部位参与细胞免疫(Cellular immunity)分泌胸腺激素?缺陷:裸鼠(Nude mouse):先天无胸腺小鼠DiGeoge 综合征:先天性胸腺发育不良,甲状旁腺缺陷,发作性感染,低血钙抽搐。
1.信号完整性:PCB走线中途容性负载反射很多时候,PCB走线中途会经过过孔、测试点焊盘、短的stub线等,都存在寄生电容,必然对信号造成影响。
走线中途的电容对信号的影响要从发射端和接受端两个方面分析,对起点和终点都有影响。
首先按看一下对信号发射端的影响。
当一个快速上升的阶跃信号到达电容时,电容快速充电,充电电流和信号电压上升快慢有关,充电电流公式为:I=C*dV/dt。
电容量越大,充电电流越大,信号上升时间越快,dt越小,同样使充电电流越大。
我们知道,信号的反射与信号感受到的阻抗变化有关,因此为了分析,我们看一下,电容引起的阻抗变化。
在电容开始充电的初期,阻抗表示为:这里dV实际上是阶跃信号电压变化,dt为信号上升时间,电容阻抗公式变为:从这个公式中,我们可以得到一个很重要的信息,当阶跃信号施加到电容两端的初期,电容的阻抗与信号上升时间和本身的电容量有关。
通常在电容充电初期,阻抗很小,小于走线的特性阻抗。
信号在电容处发生负反射,这个负电压信号和原信号叠加,使得发射端的信号产生下冲,引起发射端信号的非单调性。
对于接收端,信号到达接收端后,发生正反射,反射回来的信号到达电容位置,那个样发生负反射,反射回接收端的负反射电压同样使接收端信号产生下冲。
转载请注明出处:。
为了使反射噪声小于电压摆幅的5%(这种情况对信号影响可以容忍),阻抗变化必须小于10%。
那么电容阻抗应该控制在多少?电容的阻抗表现为一个并联阻抗,我们可以用并联阻抗公式和反射系数公式来确定它的范围。
对于这种并联阻抗,我们希望电容阻抗越大越好。
假设电容阻抗是PCB走线特性阻抗的k 倍,根据并联阻抗公式得到电容处信号感受到的阻抗为:阻抗变化率为:,即,也就是说,根据这种理想的计算,电容的阻抗至少要是PCB特性阻抗的9倍以上。
实际上,随着电容的充电,电容的阻抗不断增加,并不是一直保持最低阻抗,另外,每一个器件还会有寄生电感,使阻抗增加。
因此这个9倍限制可以放宽。
【信号与系统】复习总结笔记学习笔记(信号与系统)来源:⽹络第⼀章信号和系统信号的概念、描述和分类信号的基本运算典型信号系统的概念和分类1、常常把来⾃外界的各种报道统称为消息;信息是消息中有意义的内容;信号是反映信息的各种物理量,是系统直接进⾏加⼯、变换以实现通信的对象。
信号是信息的表现形式,信息是信号的具体内容;信号是信息的载体,通过信号传递信息。
2、系统(system):是指若⼲相互关联的事物组合⽽成具有特定功能的整体。
3、信号的描述——数学描述,波形描述。
信号的分类:1)确定信号(规则信号)和随机信号确定信号或规则信号 ——可以⽤确定时间函数表⽰的信号;随机信号——若信号不能⽤确切的函数描述,它在任意时刻的取值都具有不确定性,只可能知道它的统计特性。
2)连续信号和离散信号连续时间信号——在连续的时间范围内(-∞<t<∞)有定义的信号称为连续时间信号,简称连续信号,实际中也常称为模拟信号;离散时间信号——仅在⼀些离散的瞬间才有定义的信号称为离散时间信号,简称离散信号,实际中也常称为数字信号。
3)周期信号和⾮周期信号周期信号——是指⼀个每隔⼀定时间T,按相同规律重复变化的信号;⾮周期信号——不具有周期性的信号称为⾮周期信号。
4)能量信号与功率信号能量信号——信号总能量为有限值⽽信号平均功率为零;功率信号——平均功率为有限值⽽信号总能量为⽆限⼤。
5)⼀维信号与多维信号信号可以表⽰为⼀个或多个变量的函数,称为⼀维或多维函数。
6)因果信号若当t<0时f(t)=0,当t>0时f(t)≠0的信号,称为因果信号;⾮因果信号指的是在时间零点之前有⾮零值。
4、信号的基本运算:信号的+、-、×运算:两信号f1(·)和f2(·)的相+、-、×指同⼀时刻两信号之值对应相加减乘。
平移:将f(t)→f(t + t0)称为对信号f(·)的平移或移位,若t0< 0,则将f(·)右移,否则左移。
信号完整性B001:走线的参考平面在哪?时间:2013.08.09 浏览次数:3038很多人对于PCB走线的参考平面感到迷惑,经常有人问:对于内层走线,如果走线一侧是VCC,另一侧是GND,那么哪个是参考平面?要弄清楚这个问题,必须对了解传输线的概念。
我们知道,必须使用传输线来分析PCB上的信号传输,才能解释高速电路中出现的各种现象。
最简单的传输线包括两个基本要素:信号路径、参考路径(也称为返回路径)。
信号在传输线上是以电磁波的形式传输的,传输线的两个基本要素构成了电磁波传输的物理环境。
从电磁波传输的角度来讲,信号路径和参考路径一道构成了一个特殊物理结构,电磁波在这个结构中传输。
从电流回路角度来讲,信号路径承载信号电流,参考路径承载返回电流,因此参考路径也称为返回路径。
对于PCB上的表层走线,走线和下面的平面层共同构成了电磁波传输的物理环境。
这里,走线下面的平面到底是什么网络属性无所谓,VCC、GND、甚至是没有网络的孤立铜皮,都可以构成这样的电磁波传输环境,关键在于下面的平面是导体,这就够了。
信号路径是表层走线,所以下面的平面就是参考路径。
对于PCB上这一特殊结构,参考路径是以平面的形式出现的,所以也叫参考平面。
从电流回路的角度来说,参考平面承载着信号的返回电流,所以也叫返回平面。
下面的图显示了表层走线的场分布和电流分布。
这里参考平面的作用应该很清楚了:作为电磁波传输物理环境的一部分(从电磁波传输角度)、作为电流返回路径(从电流回路角度)。
如果搞懂了上面的逻辑,那么内层走线的参考平面在哪就很清楚了,走线、上方平面、下方平面3者共同构成了电磁波传输的物理环境,所以上下两个平面都是信号的参考路径,也就是参考平面,从下面的场分布图中可以很清楚的看到物理环境和场分布的关系。
从构成电流回路的角度来看,下图的电流分布图也很清晰的显示出返回电流的分布,如果两个平面和走线之间的间距近似相等,那么两个平面上的返回电流也近似相等,此时,两个平面同样重要。
写在前言:作为一个还在layout门口徘徊的小虾米,贸然记录自己的学习想法是可笑的。
但每个人并不是出生就会成为大神。
只不过有的人天分好,机遇也把握得当,在相对短的时间内,成为万众瞩目的高手。
很可惜本人天生愚钝,机遇又很差,在毕业后的三年里浑浑噩噩的憧憬自己的人生,做着自己不喜欢的工程,每天跟着工程队奔波在广阔的祖国大地。
不经意在工作的最后阶段接触到PCB设计。
对于没有耐心和毅力的我,突然感觉这才是我的人生方向,因为突然发现在绘制板图的时候,我可以很有耐心的拉扯每一条线,呵呵难道这一条条显示屏上的线便是我的命运之线么?如饥似渴的读完买回来的书,又囫囵吞枣的大致看了两遍。
感觉到一个人的学习是空虚乏味的,于是想在咱们论坛与各位同我一样,还趴在门缝里仰慕者殿堂中的大神的新手们共同体会我的学习体会。
本人至今自学,没有老师带路,言语中的偏差错误,望各位高手给予我醍醐灌顶的指正。
在此感谢Eric Bogatin 感谢国内的翻译者李玉山、李丽平等,是他们让我趴在SI的门缝,让我有机会一窥我的成神目标。
让论坛记录成神的历程吧!哈哈有些夸口,目标定的太高,大家勿笑。
我的第一本SI教材:Signal integrity:simplified(信号完整性讲义)也是我目前唯一学习过的教材。
废话不多说,直接上酸菜!信号完整性问题十个基本准则:前三个为设计理念,后八个为设计思路。
影响研发进度并造成产品产品交货推迟,就是企业付出的最昂贵代价。
体会:在论坛中常常争论,是质量重要还是工期重要!我认为都重要,所有的工程都是一个平衡过程,而不是单单一种。
质量固然重要,但最重要的是适应性,因为整个工业流程中并不仅仅只是画线路板,最终交到消费者手里才是完整的工艺流程。
如果仅仅是为了吹毛求疵而耽误了工期,那么整个工业流程都会耽误。
导致产品上市时间推迟,损失不可计量。
但为了赶工期,而设计出不合格的产品,那么只能说设计者能力不够。
或者这家公司没有这个实力在行业内生存。
高速串行信号链路优化摘要:随着系统串行信号速率25Gbps或未来更高速率信号的发展,高数串行信号链路上一个很小的阻抗不连续的点都会带来反射,进而影响整个链路的回损、插损、抖动和误码。
所以通过什么方法能使这些阻抗不连续的点变得阻抗连续就是目前系统高速串行信号迫切要解决的问题。
关键字:高速串行信号上升边缩短阻抗不连续优化分析信号完整性的两个重要推论:第一个重要推论,随着上升边的减小(即信号速率越来越高),前述所有信号完整性问题都是以电流或电压的变化速度来衡量的,通常指的是di/dt或dv/dt,上升边越短意味着di/dt或dv/dt越大。
随着上升边缩短,噪声问题必然增加,并且难以解决。
而且,所有的电子产品中的上升边将持续缩短,这是电子产业的一般趋势。
当前没有问题的同一个设计,在下一代设计中就可能出现致命问题。
第二个重要推论是,解决信号完整性的有效办法在很大程度上基于对互连线阻抗的理解。
如果对阻抗有清晰地直觉认识,而且能够把互连线的物理设计与互连线阻抗联系起来,在设计过程中就能消除许多信号完整性问题。
1.常见的信号链路中会造成阻抗不连续点的几个方面高速串行信号阻抗不连续点如下:1)过孔方面串行信号在实际走线中往往考虑到微带线的串扰和辐射问题,还有信号线连接点空间局限并不能使用微带线进行点到点信号直接连接,往往会打孔将线穿到内层去,带状线连接,信号质量会更好,阻抗也更好控制。
但打孔换层同样会带来阻抗不连续点,需要科学的方法去优化阻抗。
2)AC耦合电容方面串行信号差分通道上通常都有AC耦合电容:1.电容的位置和容值大小都是由芯片公司提供,有些信号比如PCIE要求AC耦合电容靠近通道的发送端,SATA信号要求靠近连接器端,而对于10GBASE-KR信号则要求靠近通道的接收端。
2.AC耦合电容本身,包括其扇出引线及对应的电容过孔都是一个阻抗不连续点。
3)背钻方面在电路板很厚的情况下,如果过孔把串行差分连接到测试焊盘,或者过孔把串行信号连接到相邻层上但又穿越所有板层,则筒状孔壁与板中不同平面层之间通常会有额外的电容量。
e41-1本章小结再次程序化的遗传解码是指,一般包括:翻译水平的移框、通读、跳跃翻译以及含硒半胱氨酸和吡咯赖氨酸的参入。
翻译水平的移框是现象。
通常将移动2个和4个核苷酸的移框分别称为移框和移框。
许多病毒借助翻译水平的移框得到GAG-POL融合蛋白。
大肠杆菌RF2只有通过在其第26个密码子UGA附近进行移框,才能得到全长的有功能的蛋白质。
移框的发生通常与移框位点所处的有关。
在RF2的移框位点上游存能促进移框,RF2本身的也影响到移框。
通读是指翻译中以一个ORF内的密码子作为一个氨基酸的密码子来阅读,而得到一个的多肽链的过程。
跳跃翻译是现象。
这段并不决定任何氨基酸序列的核苷酸序列称为内含子。
T4噬菌体的蛋白和大肠杆菌蛋白在翻译时分别跳跃了50nt和55nt。
含硒半胱氨酸和吡咯赖氨酸的参入实际上都属于特殊形式的。
Sec以为密码子,Pyl以为密码子。
使用终止密码子编码Sec或Pyl,不仅与它们在mRNA上特殊的环境有关,还需要一些因子的帮助。
翻译的延伸并不以匀速进行。
在编码区内发生的翻译暂停对于折叠十分重要。
答案某些蛋白质在翻译的过程中,当核糖体前进到mRNA的某些区段的时候,以一些特殊的方式进行解码。
核糖体在进行移位反应的时候,一次移动的核苷酸数目不是3个,而是2个或者4个,改变了原来模板上的可读框的现象;+1;-1;逆转录;+1;第二个SD;浓度的高低。
终止;加长。
指核糖体在翻译的过程中,跳过ORF中的一段核苷酸序列,再接着翻译它下游序列的现象;翻译水平;基因60蛋白;大肠杆菌色氨酸阻遏蛋白。
通读;UGA;UAG;特殊的蛋白质。
正确。
信号完整性分析chapter.4 电阻的物理基础优化系统物理设计的关键:能根据物理设计而精确地预测系统的电气性能,并根据要求的电气性能又能更高效优化物理设计。
用麦克斯韦方程描述互连线的电气特性。
将物理设计转化为电气性能将物理设计中的长、宽、厚和材料特性转化为R、L、C电气描述形式。
互连线电阻的最佳近似任何导线两端施加电压线性变化,会对应产生线性变化的电流,实际铜导线两端阻抗看起来非常想理想电阻。
互连线的解析近似只适用于均匀截面导线。
从而可以近似出:其中经验法则:直径1 mil、长为80 mil的键合线电阻大约是0.1Ω。
当然对于部分非均匀但是影响不大的可以做平均,再来使用该近似法。
体电阻率体电阻率是一种材料特性Ω*cm(只取决于材料,而不受形态影响),电导率为(1/(Ω*cm));定义1/Ω的单位为S(西门子)。
所以电导率单位S/m。
区别于单位长度电阻Ω/m。
bulk resistivity 或 volume resistivity都是说体电阻率。
单位长度电阻若导线横截面是均匀的,则互连线电阻与长度成正比。
其中导线直径目前采用美国线规(AWG)方块电阻许多互连线衬底都制备有几个均匀的导体平面层,根据版图模板再布成不同的线条。
每一层上都有相同的厚度。
(ρ/t)层方块电阻值 R sq 表示,同层上都有相同的体电阻率和厚度。
(d/w)长宽比划分出的方块数,n表示为无量纲数。
其中方块电阻可以理解为正方形导体片断的两端电阻。
与其大小无关,但与导体体电阻率和厚度有关。
方块电阻是敷金属层的一个重要特征,测出了厚度与方块电阻,那么可以得到所镀金属的体电阻率。
侧两侧用四脚探针。
到四边距离大于4倍探针间距,测量电阻与实际探针间距无关知道到导体方块电阻,可以进一步用公式求单位长度电阻不同线宽时单位长度电阻会不同。
信号完整性研究:什么是信号完整性?如果你发现,以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了,同样的设计,以前没问题,可是现在却无法工作,那么恭喜你,你碰到了硬件设计中最核心的问题:信号完整性。
早一天遇到,对你来说是好事。
在过去的低速时代,电平跳变时信号上升时间较长,通常几个ns。
器件间的互连线不至于影响电路的功能,没必要关心信号完整性问题。
但在今天的高速时代,随着IC输出开关速度的提高,很多都在皮秒级,不管信号周期如何,几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。
另外,对低功耗追求使得内核电压越来越低,1.2v内核电压已经很常见了。
因此系统能容忍的噪声余量越来越小,这也使得信号完整性问题更加突出。
广义上讲,信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题,它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后,如何影响到产品性能的问题。
主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。
信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。
即使布线拓扑结构没有变化,如果采用了信号上升时间很小的IC芯片,现有设计也将处于临界状态或者停止工作。
下面谈谈几种常见的信号完整性问题。
反射:图1显示了信号反射引起的波形畸变。
看起来就像振铃,拿出你制作的电路板,测一测各种信号,比如时钟输出或是高速数据线输出,看看是不是存在这种波形。
如果有,那么你该对信号完整性问题有个感性的认识了,对,这就是一种信号完整性问题。
<!--[if !vml]-->很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个小电阻,至于为什么,他们中很多人都说不清楚,他们会说,很多成熟设计上都有,照着做的。
或许你知道,可是确实很多人说不清这个小小电阻的作用,包括很多有了三四年经验的硬件工程师,很惊讶么?可这确实是事实,我碰到过很多。
其实这个小电阻的作用就是为了解决信号反射问题。
细胞的发现与细胞学说的建立一、细胞的发现1665 英国Hook 死细胞(软木组织)命名cell1667 荷兰Leeuwenhoek 动物和人的活细胞1827 Bear 蛙卵细胞核1831 Brown 植物树叶中的细胞核1835 Dujardin 在根足虫和多孔虫细胞内观察到胶液状物质,称为“肉样质”1839 Pukinje 在动物神经细胞内观察到“肉样质二、细胞学说的建立1838 Schleid德植植物由细胞组成1839 Schwann德动动物也由细胞组成细胞学说一切生物,从单细胞生物到高等动物和植物都是由细胞组成,细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位1855 Vircho德补充一切细胞智能来自原来的细胞;机体一切病理现象都基于细胞的损伤三、光学显微镜下的研究1864 Von Mohl 动植物细胞中原生质具有相同的意义——原生质理论原生质理论后,细胞核周围的原生质=细胞质=cytoplasm细胞核内的原生质=核质=karyoplasm1841 Remak 观察鸡胚血细胞的直接分裂(无丝分裂)1882 W.Flemming 通过改进细胞固定和染色技术,说明细胞的间接分裂过程=有丝分裂=mitosis 细胞的直接分裂=无丝分裂=amitosis略 E.Straburger将有丝分裂分为前期中期晚期末期略Schneider 核分裂=karyokinesis=细胞在分裂中能把纵裂为二的染色体平均分配到两个子细胞的过程19C80y T.Boveri 报道动物体在形成配子的过程中染色体数目减半略Straburger在植物体中也发现同一染色体减半数目现象1905 Farmer&More 减数分裂=meiosis=生物体有性生殖过程中,生殖细胞通过分裂是染色体数目减少一半的分裂方式1890 中心体被发现。
在观察细胞分裂的时候1894 线粒体1898 C.Golgi 高尔基体四、实验细胞学阶段不光是用显微镜观察,还通过实验手段对细胞的各种生化代谢和生理功能进行研究1902 T.Bover&W.Suttan联系染色体行为&Mondel遗传因子→染色体遗传理论略1902 W.Cannon 遗传因子在染色体上→遗传的染色体学说略1909 W.Johannsen 把遗传因子命名为基因=gene1910 T.Morgan 基因学说。
写在前言:作为一个还在layout门口徘徊的小虾米,贸然记录自己的学习想法是可笑的。
但每个人并不是出生就会成为大神。
只不过有的人天分好,机遇也把握得当,在相对短的时间内,成为万众瞩目的高手。
很可惜本人天生愚钝,机遇又很差,在毕业后的三年里浑浑噩噩的憧憬自己的人生,做着自己不喜欢的工程,每天跟着工程队奔波在广阔的祖国大地。
不经意在工作的最后阶段接触到PCB设计。
对于没有耐心和毅力的我,突然感觉这才是我的人生方向,因为突然发现在绘制板图的时候,我可以很有耐心的拉扯每一条线,呵呵难道这一条条显示屏上的线便是我的命运之线么?如饥似渴的读完买回来的书,又囫囵吞枣的大致看了两遍。
感觉到一个人的学习是空虚乏味的,于是想在咱们论坛与各位同我一样,还趴在门缝里仰慕者殿堂中的大神的新手们共同体会我的学习体会。
本人至今自学,没有老师带路,言语中的偏差错误,望各位高手给予我醍醐灌顶的指正。
在此感谢Eric Bogatin 感谢国内的翻译者李玉山、李丽平等,是他们让我趴在SI的门缝,让我有机会一窥我的成神目标。
让论坛记录成神的历程吧!哈哈有些夸口,目标定的太高,大家勿笑。
我的第一本SI教材:Signal integrity:simplified(信号完整性讲义)也是我目前唯一学习过的教材。
废话不多说,直接上酸菜!信号完整性问题十个基本准则:前三个为设计理念,后八个为设计思路。
影响研发进度并造成产品产品交货推迟,就是企业付出的最昂贵代价。
体会:在论坛中常常争论,是质量重要还是工期重要!我认为都重要,所有的工程都是一个平衡过程,而不是单单一种。
质量固然重要,但最重要的是适应性,因为整个工业流程中并不仅仅只是画线路板,最终交到消费者手里才是完整的工艺流程。
如果仅仅是为了吹毛求疵而耽误了工期,那么整个工业流程都会耽误。
导致产品上市时间推迟,损失不可计量。
但为了赶工期,而设计出不合格的产品,那么只能说设计者能力不够。
或者这家公司没有这个实力在行业内生存。
所以我个人认为:一个优秀的设计者最重要的能力是能够把握质量与工期的平衡关系,在合适的工期内完成满足产品质量。
至于大神我估计是在要求的工期内,使产品的质量得到飞跃。
二:提高高速产品设计效率的关键是:充分利用分析工具来实现准确的性能预测;使用测量手段来验证设计过程、降低风险、提高设计工具的可信度。
体会:还没用过仿真,认为仿真等的作用是提高可信度,降低风险。
如果板级设计所留预量足够,可以简单的用公式计算和经验来代替仿真。
三:将问题实质与表面现象剥离开的唯一可行的途径就是采用经验法则、解析近似、数值仿真或者测量工具来获得数据。
这是工程实践的本质。
体会:没做过仿真,不知道仿真所需时间。
依我来看,以上所说应相对应工程的要求,如果所作产品要求不严格,或者裕量很大,最快的方法是采用经验法则。
对于裕量在20~5%的可以采用解析近似。
此书上大部分公式及近似值都在10%-5%左右。
对于要求更严格的裕量便可采用仿真。
裕量大概在2-3%左右。
比如DDR等。
对于要求更严格的,建模无法满足精度的情况下,即需要直接用测量工具来测量。
耗时应该说是逐层递加。
四:信号由信号路径和返回路径构成。
一个信号在沿着传输线流动过程中每一时刻都会感受到特性阻抗。
如果瞬态阻抗为常数,则其信号质量将会获得奇迹般的改善。
体会:忘掉覆铜地的概念,在设计初期考虑信号线走向时,就要优先考虑地平面或其他信号返回路径。
防止电路板在绘制完信号线后,突然发现返回的地平面出现“濠”,导致高速信号线需要重新规划。
单根传输线最优的工作方式是点对点,源阻抗=传输线特性阻抗=负载阻抗。
在特性阻抗恒定的情况下,Tr保持不变,变的仅仅是信号的幅值。
不明:在线路规划时,一个芯片N个I/O口,而相对的地引脚很少。
按照高速信号线返回路径为靠近信号线理论。
岂不是在信号的接收端,N条信号线同时走在同一个GND引脚,便会造成信号返回线之间的串扰了么?这样做假设N条信号线同时工作,便会造成很严重的地弹么?芯片的设计原理是什么?五:把接地这一术语忘掉,因为它所造成的问题比用它来解决的问题还多。
每一路信号都有返回路径。
体会:个人感觉同上。
把接地等同于信号线设计,估计返工的情况大减。
不要轻易相信覆铜的威力,覆铜不是铺设地的万金油。
并且不合理的覆铜还会引入其他问题,六:当电压变化时,电容上就有电流流过。
对于信号的陡峭边,即使电路的PCB板边缘和悬空导线之间的空气形成的边缘线电容也可能有很低的阻抗。
体会:电容的原理嘛,两个平行板之间只要有电压差就有电容的存在。
电容的作用:隔直通交。
会使陡峭的信号进入别的导线中。
Tr小导致两个问题:1.串扰的发生。
2:特性阻抗的变化。
两个问题都导致信号受干扰。
电容本质上属于一个电压源。
七:电感与通过的电流所产生的磁力线匝数有本质关系。
只要电流或者磁力线匝数发生改变,在导线的两端就会产生电压。
这一电压导致了反射噪声、串扰、开关噪声、地弹、轨道塌陷以及EMI。
体会:电感并不是电感,而是磁场效应。
改变磁场,便会产生阻碍磁场变化的电流。
本质上属于一个电流源。
反射噪声原因:特性阻抗发生变化;串扰原因:切割磁力线,产生电流;开关噪声:概念不懂,明天查查。
八:当流经接地回路电感上的电流变化时,在接地回路导线上产生的电压称之为地弹。
它是造成开关噪声和EMI的内部机理。
体会:所谓“地弹”,是指芯片内部“地”电平相对于电路板“地”电平的变化现象。
以电路板“地”为参考,就像是芯片内部的“地”电平不断的跳动,因此形象的称之为地弹(ground bounce)。
当器件输出端有一个状态跳变到另一个状态时,地弹现象会导致器件逻辑输入端产生毛刺。
对于任何封装的芯片,其引脚会存在电感电容等寄生参数。
而地弹正是由于引脚上的电感引起的。
------摘自百度。
解决的办法是,减小回路的有效电感。
地弹与轨道塌陷的区别为:一个指信号的地电平发生变化,图示为下冲。
一个指电源电压地电平的变化,图示为上冲。
九:以同频率的方波作为参考,信号带宽是指有效正弦波分量的最高频率值。
在使用模型来预计分析时,要高过实际信号的带宽。
体会:没啥说的,十:信号完整性中的公式给出的是定义或者近似。
在特别需要准确的场合不要使用近似。
体会:此书大部分公式皆为近似,对于要求严格的电路,还是仿真或者采用实际测量准确。
应付要求不高的,便可以采用经验法啦。
第一章:信号完整性分析概论高速领域:时钟频率超过100MHz或者Tr小于1ns,信号完整性效应就变得重要。
通常将这种情况称之为高频领域或高速领域。
体会:可作为经验法则。
大致判断某块电路是否需要进行计算或仿真。
对于低于此频率以下,Tr以上的,便可采用大致的经验来设计。
对于低频唯一的要求就是联通即可。
高一点的要求便是美观工整。
按要求设计呗,不用考虑太多SI问题。
做好PDS即可了。
信号完整性三种影响和后果:1.时序;2.噪声;3.电磁干扰。
理解:具体产生以上问题还没有细致研究过。
待成为半神再来解释。
SI特定噪声源:1.单一网络的信号完整性;在信号路径或返回路径上由于阻抗突变而引起的反射与失真;2.两个或多个网络间的串扰;和理想回路与非理想回路耦合的互容互感。
3.电源和地分配中的轨道塌陷;在电源、地网络中的电压变化4.来自整个系统的电磁干扰和辐射。
体会:单一网络包括从源端,源内阻,传输线,接收端容抗,返回路径。
保持信号完整性,就需要尽可能将以上设计成相同阻抗。
如果接收与发送不匹配就需要采用T型网络或者π型网络进行阻抗匹配。
比如视频信号采用的特殊阻抗为75欧姆,电路板采用的是50欧姆,其便可使用衰减电路来匹配特性阻抗。
任何改变横截面或网络几何形状的特性都会改变信号所受到的特性阻抗。
使信号所感受到的阻抗突变如下:1.线宽的变化;2.层转换;3、返回路径平面上的间隙;4.接插件5.分支线,T型线或者桩线;6.网络末端。
体会:需要注意的是网络末端和接插件,网络末端可以端接一个匹配同阻抗的电阻(引出问题为消耗额外功率,以及减少电流。
电阻并接在网络中,存在一个问题即电压为源端电压减去传输线分压。
电流为源电流减去各个分支电流。
如果源端为电流驱动类型,则有可能导致接收端灌电流太小,驱动不了)接插件可以并接一个电容至地。
定义:突变—令阻抗发生变化的所有特征称之为突变。
振铃:通常认为是因为阻抗突变造成的反射引起的振铃。
不知道振铃的幅值计算是应该采用反射系数来算还是采用Q值来计算。
这个待晚上好好研究一下。
实现单一网络信号完整性办法:1.设计均匀传输线,即阻抗可控传输线;2.优化拓扑结构;3.在关键位置放置电阻来控制反射。
体会:1,没什么说的。
特性阻抗恒定的传输线才能保证信号反射最小。
2,优化拓扑结构。
这个有些疑问,一条菊花链形状的拓扑,每个接收端都相当于一个小电容(负载电容)那么距离信号越近的接收器,所接收到的信号越好,每过一个接收器,都相当于在线路的固定地点加上一个电容。
假设接收端与传输线的分支足够短,那么岂不是相当于在分支点并接一个电容么?造成分支点的阻抗发生变化,Tr变大并且造成反射?假设接收端很多。
那么越往后上升沿时间越长,并且信号波形失真也越严重。
我的猜想是在一定的结构中,哪怕你做的SI再完美,驱动端的电流再怎么大。
信号的频率都有一个局限。
过了这个局限,所在拓扑网络中就会有接收端无法收到完整的信号。
局限的大小跟负载电容相关。
望论坛高手给予指导,我的猜想是否正确。
3,放置电阻,电阻属于耗能元件可以使反射的能量逐渐变成热量。
使波形逐渐变的平稳。
原理同现在电路上通常采用的磁珠原理一样。
虽然说电容,电感也可以用作特性阻抗的匹配,但属于不耗能元件,只会将反射反弹,而不是消耗。
信号完整性两个推论:推论一:随着上升边的减小,单一网络的信号完整性、两个或多个网络间的串扰、轨道塌陷、EMI这四个问题都将会严重。
上升边的减小通常指的是dI/dt或dV/dt ,上升边越短意味着dI/dt或dV/dt越大。
推论二:解决信号完整性的有效办法很大程度上基于对互联线阻抗的理解。
理解:dI/dt或dV/dt 表示的是在高频信号下,电容和电感对信号的影响。
掌握好电容和电感的规律,即可掌握信号的变化。
对于推论二,互联线阻抗(电抗)的阻值同样是建模后各项容抗、感抗、阻抗的串联并联之和。
信号完整性处理的唯一办法是尽量让信号感受不到阻抗的变化。
这样就很大程度上减少了SI问题。
制约最小时间的主要因素有三个:门输入端读取操作所需的信号建立时间,按顺序切换所有门固有的总时间,以及信号经系统传播到需切换的所有门时间。
理解:以上为选择芯片的准则,考虑到裕量问题,即可知道选多大的上升时间合适,多大的上升时间可有效的被门接收。
在设计的过程中,在满足设计情况的条件下,选择上升时间最慢、时钟频率最低的芯片。