李玉山信号完整性分析
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华为推荐书目(很好)
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1、《通信系统原理》（美）普埃克 等著，李锵 等译， 电子工业出版社 2、《无线通信原理与应用》作者：（美）拉帕波特 （Rappaport,T.S.） 著，周文安 等译，出 版 社：电子工业 出版社 3、《高速数字设计》，作者：（美）约翰逊 等著，沈立 等 译，出版社：电子工业出版社 4、《信号完整性分析》，作者：(美)伯格丁(Bogatin,E.) 著，李玉山 等译，出版社：电子工业出版社 5、《电磁兼容的印制电路板设计》，作者：（美）曼特罗 斯（Montrose，M.I.）著，吕英华 等译 ，出版社：机械工 业出版社 6、实用电子电路设计丛书 1、《电信运作教程》 2、《不抱怨的世界》 3、《赢》 4、《没有任何借口》 5、《你在为谁工作》 6、《积极思考的力量》 7、《首先，打破一切常规》
2613345061 序号 岗位 书目名称 1、C语言编程 2、数据结构 3、嵌入式操作系统 4、设计模式 5、软件工程，《Core Java 2 》 6、《C++ Primer(4E EN)》 7、《C语言数据结构(严蔚敏)》 8、《Head First SQL》 9、《敏捷软件开发：原则、模式与实践》
3 通用类
2015-5-5
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2613345061 备注
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2015-5-5
华为机密，未经许可不得扩散
第2页，共2页
13.阻抗测试原理
射频电路测试原理 误差理论 矢量信号分析仪 通用测试仪器 噪声系数分析仪 LNA 射频信号 PA DAC 混合信号
示波器 逻辑分析仪
矢量信号 ADC DSP(De/Mod)
DUPLEXER
Baseband
电路设计： 信号完整性 阻抗
网络分析仪 阻抗分析仪 （射频测试） 网络特性：传输特性、反射特性 时域反射计 频谱分析仪 信号特性（失真、功率）、传输特性 ＋信号发生器 模块/系统调试
门越来越多，开关速度越来越快
电源-地系统的设计目标是使电源分配系统的 阻抗最小
1Ω－>0.0001Ω 相邻的电源和地间介质尽量薄，紧密靠近；低电感 去耦电容；多电源管脚、多地管脚、短管脚；片内 去耦
12 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期m ε=20
19 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期
V V Z= = I C dV dt
例：电容的时域电阻
Z=
?
20 射频电路测试原理 清华大学电子工程系
sin ωt 1 sin ωt = C d sin ωt dt ωC cos ωt
李国林
雷有华
? 2005春季学期 落后90°
射频频带对阻抗的测量是困难的，但阻抗测 量可以使设计者更加明了如何使他们的设计 符合指标
17 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期
1 4 7 8 0 5
2 6 9
3
*
#
二、阻抗的基本定义
阻抗的基本定义就是：流 经器件的电压电流比例关 系
阻抗定义适用于所有场合： 时域/频域，实际器件/理想 器件
考试
信号完整性(SI)分析-9~10传输线与反射
反射和失真使信号质量下降。一些情况下，它们看起来 就像是振铃。引起信号电平下降的下冲可能会超过噪声容 限，造成误触发。图 8.1 示例了短传输线末端由阻抗突变 造成的反射噪声。
Voltage, V ── 电压，V
time，nsec ──时间，ns
图 8.1 在 1 in 长、阻抗可控互连线的接收端，由于阻抗不匹配和 多次反射而产生的“振铃”噪声。
第二种特殊情况是传输线的末端与返回路径相短路， 即末端阻抗为 0。反射系数为(0 - 50) /(0 + 50) = -1。 1V 入射信号到达远端时，产生-1V 反射信号向源端传播。 短路突变处测得的电压为入射电压与反射电压之和， 即 1V + -1V＝0。这是合理的，因为如果此处是严格按定义 规定的短路，短路点两侧不可能有电压差。此处电压为 0V 的原因就是它是从源端出发的正向行波和返回源端的负向 行波之和。
高速电路与系统互连设计中 信号完整性(SI)分析
(之9~10[八]：传输线与反射)
李玉山
西安电子科技大学电路CAD研究所
8.0
提示
引言
如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分信号将
被反射，另一部分发生失真并继续传播下去，这一原理正是单一网络中多数信号完整 性问题产生的主要原因。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
reflected ──反射
incident── 入射
measured ──测量
图 8.4 如果区域 2 是开路，则反射系数
经常说信号到达传输线的末端时，其值翻倍。从数值上这是正确的，可实
际上发生的情况并非如此。总电压即两个行波之和虽然是入射电压的两倍，但是这样 说会引起错误的直觉。最好还是把末端电压看作入射电压与反射电压之和。
时域频域分析机理
时域频域分析机理姓名陈凯学号104972103056院系信息工程学院专业通信与信息系统班级信研1006提交时间：2011 年 6 月20 日目录摘要 (1)1引言 (2)2 时域频域概念 (3)2.1 时域 (3)2.2 频域 (4)3 时域频域的关系 (5)3.1 傅里叶变换 (5)3.2 信号的频谱 (7)3.3 傅里叶逆变换 (9)4 信号带宽 (11)4.1 带宽与上升时间 (11)4.2 带宽与时钟频率 (15)4.3 实际信号的带宽 (16)4.4 测量的带宽 (18)4.5 模型的带宽 (19)4.6 互连线的带宽 (21)5 参考文献 (23)时域频域分析机理摘要：时域和频域作为信号的基本性质，从不同方式来分析信号。
时域相对比较熟悉，频域则非常有助于理解和掌握许多信号完整性效应，两者之间可通过傅立叶变换相互转换。
而上升时间和带宽，前者是时域中的术语，后者是频域中的术语，它们是紧密联系的。
关键词：时域频域上升时间带宽Abstract：Time domain and frequency domain as the basic nature of the signal from the different ways to analyze the signal. Relatively familiar with the time domain, frequency domain is very helpful to understand and master the many effects of signal integrity between the two can be FFT conversion. The rise time and bandwidth, the former term is the time domain, frequency domain, which is the term, they are closely linked.Keyword：Time Domain Frequency domain Rise time Bandwidth1引言在高速信号完整性分析中，可以从时域和频域两个不同的角度去分析。
信号完整性分析与测试
信号完整性分析与测试信号完整性问题涉及的知识面比较广，我通过这个短期的学习，对信号完整性有了一个初步的认识，本文只是简单介绍和总结了几种常见现象，并对一些常用的测试手段做了相应总结。
本文还有很多不足，欢迎各位帮助补充，谢谢！梁全贵2011年9月16日目录第1章什么是信号完整性 ----------------------------------------------------------------------------------- 3第2章轨道塌陷------------------------------------------------------------------------------------------------ 5第3章信号上升时间与带宽 -------------------------------------------------------------------------------- 6第4章地弹 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 8第5章阻抗与特性阻抗 -------------------------------------------------------------------------------------- 95.1 阻抗 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 95.2 特性阻抗 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 9第6章反射 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 116.1 反射的定义------------------------------------------------------------------------------------------- 116.2 反射的测试方法 ------------------------------------------------------------------------------------ 126.3 TDR曲线映射着传输线的各点----------------------------------------------------------------- 126.4 TDR探头选择--------------------------------------------------------------------------------------- 13第7章振铃 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 14第8章串扰 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 168.1 串扰的定义------------------------------------------------------------------------------------------- 168.2 观测串扰---------------------------------------------------------------------------------------------- 16第9章信号质量----------------------------------------------------------------------------------------------- 189.1 常见的信号质量问题 ------------------------------------------------------------------------------ 18第10章信号完整性测试 ------------------------------------------------------------------------------------- 2110.1 波形测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2110.2 眼图测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2110.3 抖动测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2310.3.1 抖动的定义 --------------------------------------------------------------------------------- 2310.3.2 抖动的成因 --------------------------------------------------------------------------------- 2310.3.3 抖动测试 ------------------------------------------------------------------------------------ 2310.3.4 典型的抖动测试工具：------------------------------------------------------------------ 2410.4 TDR测试 ------------------------------------------------------------------------------------------- 2410.5 频谱测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2510.6 频域阻抗测试-------------------------------------------------------------------------------------- 2510.7 误码测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2510.8 示波器选择与使用要求： ---------------------------------------------------------------------- 2610.9 探头选择与使用要求 ---------------------------------------------------------------------------- 2610.10 测试点的选择 ------------------------------------------------------------------------------------ 2710.11 数据、地址信号质量测试--------------------------------------------------------------------- 2710.11.1 简述 ----------------------------------------------------------------------------------------- 2710.11.2 测试方法 ----------------------------------------------------------------------------------- 27第1章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。
基于Ansoft仿真分析的SSN解决方案探讨
基于Ansoft仿真分析的SSN解决方案探讨李学平;李玉山【摘要】利用Ansoft公司的设计仿真工具,结合具体电路对部分电源分配系统进行了优化设计,重点研究了对SSN(同步开关噪声)的抑制.对采用传统的加退偶电容方法提高其高频特性和高阻抗电磁表面(EBG)结构应用到具体电路设计中减小同步开关噪声(SSN)进行了比较,结果证明,采用EBG结构比传统单纯加去耦电容效果更佳.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2011(030)004【总页数】4页(P68-70,74)【关键词】电源完整性;同步开关噪声;退耦电容;高阻抗电磁表面结构【作者】李学平;李玉山【作者单位】西安电子科技大学,电子工程学院,陕西,西安,710071;西安理工大学,信控系,陕西,西安,710082;西安电子科技大学,电子工程学院,陕西,西安,710071【正文语种】中文【中图分类】TN41电源完整性PI(Power Integrity)是指由于开关器件数目不断增加，供电电压不断减小，电源输出产生波动，从而影响芯片的工作状态和输出信号的质量。
因此，除了分析信号完整性中的反射、串扰以及EMI之外，如何获得稳定可靠的电源系统成为一个新的重点研究方向。
PI(Power Integrity)和 SI(Signal Integrity)不可分割，以往的EDA仿真工具在进行信号完整性分析时，一般都是简单地假设电源绝对处于稳定状态，但是这与实际情况是不符合的，新一代的信号完整性仿真必须建立在可靠的电源完整性基础之上。
由于电源完整性不仅强调电源供给的稳定性，还包括在实际系统中总与电源密不可分。
因而如何减少地平面的噪声也是电源完整性中需要讨论的一部分。
本文主要就解决信号完整性问题中如何减小SSN做了探讨。
1 增加退耦电容抑制SSN本文以一个从Ansoft公司网站下载的，用于数字信号处理研究的电路板的设计为例说明增加退耦电容抑制SSN的过程。
电路板的电源层和地层的大小为22.86 cm×15.24 cm。
信号与电源完整性分拆与设计-李玉山第7讲
信号及电源完整性分析与设计[Chapter7]第七讲传输线设计及接地、过孔分析西安电子科技大学电路CAD研究所 李玉山17.0引言美国90％工程师按传输线设计互连。
说到底，传输线 是一种场的简化概念！关注的是互连的阻抗、时延和信号 的波形！ 准确分析高速互连的SI，要从认识传输线开始！ 传输线三种阻抗万变不离其宗，仍是阻抗的基本定义 。
只不过将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗；将信号随 时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗。
如果在信号前进过程中 ，传输线的横截面，包括信号路径与返回路径几何结构都 不变的均匀传输线，则称其为特性阻抗。
2一般的传输线都是由两条有一定长度的导线组成。
图7.1给出传输线概念的本质特点，把一条称为信号 路径，另一条称为返回路径。
图7.1 传输线由任意两条有一定长度的导线组成。
其中一条标记为 信号路径，另一个为返回路径3一种糊涂认识：线电阻怎么是50Ω？是并联还是串联？ 注意，这里应是阻抗而非电阻！ 传输线的两个重要特征：特性阻抗和时延(低速场合均被忽略而已)，说的都是：传输线对信号的作用。
理想传输线模型 (彻底的分布式)性能与实际互连实测性 能更加吻合；模型带宽相当高。
理想传输线也可以用R-LG-C集总参数组合近似。
理想传输线是仿真工具箱中的一种新的电路元件，用于 仿真效果较好，但电路概念不够简明易懂。
47.1返回路径不同于“接地”以往我们简单地将“地”当作传输线返回路径。
信号完整性设计中，最忌讳的就是滥用“地”这一名词。
应习惯于把其他导体看作是返回路径。
事实上，中央 “ 地 ” 已经难觅，更多的是本地“地”。
电源布线主要考虑SSN，不要让多个返回路径形成“大 合唱”。
理想情况下每个信号都有单独的返回地路径。
即 使一般情况下信号与地引脚比率为8:1(认为电源引脚数=地引脚数)；超高速互连则要求这一比率为2:1。
5信号完整性的许多问题，源自返回路径设计不当。
要认真设计信号之外其他路径的几何形状 (它影响特性阻抗和耦合等)。
IBIS仿真模型的应用
的敏感信息， 从而保护了研发者及经销商的知识产 权。因此， 在高速 ＰＣＢ 仿真设计中， ＩＢＩＳ 模型受到仿 真者的青睐。为了便捷高效的应用好 ＩＢＩＳ 进行高速 ＰＣＢ 的仿真设计， 本文比较深入剖析了 ＩＢＩＳ 模型的 应 用 ， 从 ＩＢＩＳ 模 型 中 ， 可 以 得 出 以 下 几 个 方 面 重 要 结论：
ＩＢＩＳ（ Ｉ／Ｏ Ｂｕｆｆｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ） 模型采 用 Ｉ／Ｖ 和 Ｖ／Ｔ 表的形式来描述 数 字 集 成 电 路 Ｉ／Ｏ 单 元的电气特性， 并把这些数据记录在标准的文件中。 ＩＢＩＳ 行为建模数据可以通过裸芯片直接测量得到， 也可以由模拟获得， 因此行为模型不仅较 ＳＰＩＣＥ 模 型简单， 而且可能具有更高精度， 同时该模型具有分 段线性特性， 因此采用器件行为模型的模拟一般比 采用相应的晶体管模型模拟执行起来速度更快， 从 而可提高系统的电路分析效率。另外， 一个行为级的 器件模型不泄露任何有关设计技术和底层布线过程
ｍｉｎ
ｍａｘ
ｄＶ／ｄｔ＿ｒ
１．１７６６／０．１３０４ｎ １．０７１３／０．１９８７ｎ
１．２５８３／０．１０２２ｎ
ｄＶ／ｄｔ＿ｆ
１．１８８７／９６．７９１１ｐ １．０６１８／０．１５３６ｎ
１．２７５６／７２．６４１８ｐ
Ｒ＿ｌｏａｄ ＝ ５０．００００
可以看出在典型驱动的情况下，
Ｔｒ＝
ｄｔ＿ｒ＋ｄｔ＿ｆ ２
４ 倍和 ６ 倍的信号走线延时 Ｔｄ 的情况。上面的四组 波形中， 前三个波形都出现了一定的信号完整性问 题， 第四组波形正好是集中参数系统， 没有出现信号 完整性问题。由此证实了通过 ＩＢＩＳ 模型来估算信号 的上升时间 Ｔｒ， 进而确定 ＰＣＢ 走线的关键长度， 当这 个长度超过关键长度时应该考虑信号完整性问题。
信号完整性(SI)分析-15~16差分对与差分阻抗
图 11.6 差分电路和差分对的远端接收信号。差分对互连末端没有 端接(terminated)，并且差分对之间没有耦合。使用安捷伦(Agilent) 的 ADS 仿真得到(差分对中的反射噪声)
消除反射的方法是在两条信号线末端跨接端接匹配电 阻。阻值为 R = term Zdiff=2 × Z0。加入 100Ω端接后，接收端 呈现出很好的差分信号(蓝色)，如图。
使输出(驱动)到外部双绞线上产生 EMI 问题。 与单端信号传输相比，传输需要两倍数量的信号线。 需要理解新原理和设计规则，设计复杂程度增加。 10 年前，不到 50%采用了可控阻抗互连传输线，现在超 过 90%(美国)。如今不到 50%的电路板用了差分对，在未来 几年，90%的电路板会用差分设计(还是美国)。
根据阻抗的定义，差分信号的阻抗为：
(11.6)
式中：Zdiff 信号线对于差分信号的阻抗，即差分阻抗 Vdiff 跳变差分信号电压 Ione 流经每条信号线与其返回路径间的电流 Vone 每条信号线与其邻近返回路径间的电压 Z0 单端信号线的特性阻抗
差分阻抗是单端信号性阻抗的 2 倍。如果单端信号线的 特性阻抗是 50Ω，差分(特性)阻抗就是 2×50Ω=100Ω。
4. 因为每个信号都有自己的返回路径，所以差分信号 通过接插件或封装时，不易受到开关噪声的干扰。(此时差 分信号两根线互为返回路径，没有公用路径)
5. 使用价格低廉的双绞线即可实现远距离传输。 6. 和 PDS 的电源、地实现有效隔离。
差分信号的缺点： 存在导致 EMI 的潜在内因。一旦共模分量出现，可能
图 11.10 单位长度回路自感 L11、互感 L12。Ansoft 的 SI2D 仿真
两线间距小，耦合 C12/CL 或 L12/L11 就强。但最大耦合度 也不到 15%。间距大于 15mil(3 倍线宽)时，耦合度降到可 以忽略的 1%。
信号完整性分析-眼图分析
在误 码率（BER）的测试中，码型发生器会生成数十亿个数据比特，并将这些数据比特发送给 输入设备，然后在输出端接收这些数据比特。然后，误码分析仪将接收到 的数据与发送的原始 数据一位一位进行对比，确定哪些码接收错误，随后会给出一段时间内内计 算得到的 BER。考 虑误码率测试的需要，我们以下面的实际测试眼图为参考，以生成 BER图，参考眼图如下所 示：
图 示波器实际观测到的眼图 如果这八种状态组中缺失某种状态，得到的眼图会不完整，如下所示：
图 示波器观测到的不完整的眼图 通过眼图可以反映出数字系统传输的总体性能，可是怎么样才能正确的掌握其判断方 法呢？这 里有必要对眼图中所涉及到的各个参数进行定义，了解了各个参数以后，其判断方法很简单。 1.3 眼图参数定义 通过上述对眼图形成理论的分析，我们可以知道眼图中通常显示的是 1.25UI 的时间窗口，眼图 的形状各种各样，通过眼图的形状特点可以快速地判断信号的质量。因此，这里 有必要好好理 解下眼图的相关参数，从而可以根据这些参数来判别眼图的好坏，从而可以衡量系统的性能。 眼图相关的参数有很多，如眼高、眼宽、眼幅度、眼交叉比、“1”电平， “0”电平，消光比，Q 因 子，平均功率等，各个参数如下图中所示：
图 眼图信号交叉点比例关系 随着交叉点比例关系的不同，表示不同的信号 1 或 0 传递质量的能耐。如下图所示， 左边图形 为不同交叉比例关系的眼图，对应到右边相关的 1 及 0 脉冲信号。同时也可以了 解到在不同脉
冲信号时间的宽度与图交叉比例的关系。
图 不同眼交叉比与脉冲信号的关系 对于一般的信号而言，平均分布信号位准 1 及 0 是最常见的。一般要求眼图交叉比为50%，即 以相同的信号脉冲 1 与 0 长度为标准，来作相关参数的验证。因此，根据眼交叉比关系的分 布，可以有效地测量因不同 1 及 0 信号位准的偏差所造成的相对振幅损失分析。 例如，眼交叉 比过大，即传递过多 1 位准信号，将会依此交叉比关系来验证信号误码、屏蔽及其极限值。眼 交叉比过小，即传递过多 0 位准信号，一般容易造成接收端信号不易从其中抽取频率，导致无 法同步，进而产生同步损失。 （3）信号上升时间与下降时间 一般测量上升及下降时间是以眼图占 20%～80%的部分为主，其中上升时间如下图，分别以左 侧交叉点左侧(20%)至右侧(80%)两块水平区间作此传递信号上升斜率时间之换 算，计算公式如 下：
图 示波器实际观测到的眼图 如果这八种状态组中缺失某种状态，得到的眼图会不完整，如下所示：
图 示波器观测到的不完整的眼图 通过眼图可以反映出数字系统传输的总体性能，可是怎么样才能正确的掌握其判断方 法呢？这 里有必要对眼图中所涉及到的各个参数进行定义，了解了各个参数以后，其判断方法很简单。 1.3 眼图参数定义 通过上述对眼图形成理论的分析，我们可以知道眼图中通常显示的是 1.25UI 的时间窗口，眼图 的形状各种各样，通过眼图的形状特点可以快速地判断信号的质量。因此，这里 有必要好好理 解下眼图的相关参数，从而可以根据这些参数来判别眼图的好坏，从而可以衡量系统的性能。 眼图相关的参数有很多，如眼高、眼宽、眼幅度、眼交叉比、“1”电平， “0”电平，消光比，Q 因 子，平均功率等，各个参数如下图中所示：
图 眼图信号交叉点比例关系 随着交叉点比例关系的不同，表示不同的信号 1 或 0 传递质量的能耐。如下图所示， 左边图形 为不同交叉比例关系的眼图，对应到右边相关的 1 及 0 脉冲信号。同时也可以了 解到在不同脉
冲信号时间的宽度与图交叉比例的关系。
图 不同眼交叉比与脉冲信号的关系 对于一般的信号而言，平均分布信号位准 1 及 0 是最常见的。一般要求眼图交叉比为50%，即 以相同的信号脉冲 1 与 0 长度为标准，来作相关参数的验证。因此，根据眼交叉比关系的分 布，可以有效地测量因不同 1 及 0 信号位准的偏差所造成的相对振幅损失分析。 例如，眼交叉 比过大，即传递过多 1 位准信号，将会依此交叉比关系来验证信号误码、屏蔽及其极限值。眼 交叉比过小，即传递过多 0 位准信号，一般容易造成接收端信号不易从其中抽取频率，导致无 法同步，进而产生同步损失。 （3）信号上升时间与下降时间 一般测量上升及下降时间是以眼图占 20%～80%的部分为主，其中上升时间如下图，分别以左 侧交叉点左侧(20%)至右侧(80%)两块水平区间作此传递信号上升斜率时间之换 算，计算公式如 下：
李玉山信号完整性分析34 83页PPT文档
正弦波，而在频域中只表示为一个点
用以下三项就可以充分描述正弦波： 频率； 幅度； 相位。 频率，通常用 f 来表示，是指每秒中包含的完整正弦波 周期数，单位是赫兹。角频率以每秒弧度来度量。弧度像 度数一样，描述了周期的一小部分，一个完整周期的弧度 为 2π。希腊字母ω通常用来表示角频率，以每秒弧度来度 量。正弦波的频率与角频率的关系如下：
仪器信噪比(SNR)高意味着测量质量高。矢量网络分析 仪 (VNA) 的 信 噪 比 在 其 整 个 频 率 范 围 内 应 是 恒 定 的 ， 从 10MHz 到 50GHz 或更高频率，信噪比均为-130dB。
时域反射计(TDR)，有效带宽可高达 10GHz，但信噪比从 低频处的+60dB 降至 10GHz 处的+5dB。
提示 毕竟，时域是客观存在的，我们不能脱离这个基础，除非频域中有求解答 案的捷径。
描述互连电路，常常包括电阻、电感和电容的组合。电 路中这些元件可用二阶线性微分方程描述，这类微分方程 的解就是正弦波。
这类电路中，实际产生的波形就是由上述微分方程的解 所对应的波形组合而成。
实际的电路模型含电阻、电感、电容、传输线。输入信 号是任意波形。电路不同，对输入加工处理的结果也不同。
其中： ω：角频率，弧度／秒 π：常量，为 3.14159... f： 正弦波频率，赫兹
(2.2)
例如，若正弦波的频率是 100MHz，那么它的角频率就等 于 2×3.14159×100MHz～6.3×108 弧度／秒。
幅度是中间值之上的波峰高度的最大值。水平方向之下 和水平方向之上的峰值相等。
相位较复杂些，它给出的是从时间轴起点波的起始位置。 相位以圆周、弧度或度为单位。
此时，在频域中绘制一个正弦波，仅需一个数据点。这 就是要在频域中研究问题的关键原因。
工程师头疼的差分线传输线长度差问题
编号：__________工程师头疼的差分线传输线长度差问题（最新版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日问题的由来一台设备在输入HDMI信号时测试辐射特性，主要是HDMI的CLK频率及其倍频的辐射强度易超标，有时换一条HDMI线缆或者换一台作为信源的PC后，被测机器的测试结果也会有数dB甚至十多dB的变化，一时让很多硬件工程师头疼不已。
问题的分析造成HDMI辐射超标的原因有多种可能，就不一一分析了，这里只重点谈谈与差分线传输线长度差有关的问题。
理想情况下，差分信号是正负对称的，其共模份量为零或者只有直流份量，如图1所示。
如果差分线的正负传输线长度不等，造成传输时间不一致，实际上就是信号在时间轴上的不对称，在终端负载电阻上就能观察到图2所示的波形。
显然此时的正负波形不能严格对称，差分电路中的正负电流无法抵消，于是其电源中就有共模电流份量在流动。
研究过EMI的人都知道，共模辐射是难对付的。
差分信号转共模信号的现象，在李玉山教授翻译的Bogatin的《信号完整性》一书中第11.15章和11.16章中对此有详细的解释。
书中给出的指导原则是差分线的长度偏差必须在上升沿空间拓展的20%以内，如果上升时间是100ps，那么长度差应该控制在100mil以内（以FR4材质的PCB为例），否则会引起EMI问题。
用实验来验证让我们先用实验来验证一下上面的分析，看看能否能证实这个推断。
实际测量一下差分信号，如图3所示，图中下面一条图形为共模电压份量，很明显在波形正负边沿交叉的时候的确有脉冲输出。
10条HDMI线，使用网络分析仪测试了每条线的CLK差分线的时延差，因为时延差直接反映了正负传输线的长度差，10条线的时延差中所示。
接下来，分别选两台EMI测量用PC作为HDMI信源，接上负载，然后测量每条线所产生的共模电压的峰峰值，将它们绘制在中。
信号完整性分析实验报告_西电李玉山,路建民老师剖析
实验一反弹图像的仿真一、实验原理1.信号振铃如果信号传输过程中感受到阻抗的变化，就会发生信号的反射。
这个信号可能是驱动端发出的信号，也可能是远端反射回来的反射信号。
根据反射系数的公式，当信号感受到阻抗变小，就会发生负反射，反射的负电压会使信号产生下冲。
信号在驱动端和远端负载之间多次反射，其结果就是信号振铃。
大多数驱动源的输出阻抗都很低，如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗，那么在没有源端端接的情况下，必然产生信号振铃。
信号振铃的过程可以用反弹图来直观的解释。
假设驱动端的输出阻抗是10欧姆，PCB走线的传输延时为1ns，且特性阻抗为50欧姆（可以通过改变PCB走线宽度，PCB走线和内层参考平面间介质厚度来调整），为了分析方便，假设远端开路，即远端阻抗无穷大。
驱动端传输1V电压信号。
反弹图见图一所示。
图一利用反弹图分析分析多次反射和远端接收器的时变电压第1次反射：信号从驱动源内部发出，经过10欧姆输出阻抗和50欧姆PCB特性阻抗的分压，实际加到PCB走线上的信号电压为1*50/(10+50)=0.84V。
传输到线末端，由于线末端开路，阻抗无穷大，反射系数为1，即信号全部反射，反射信号也是0.84V。
此时线末端测量电压是0.84+0.84=1.68V。
第2次反射：0.84V反射电压回到源端，阻抗由50欧姆变为10欧姆，反射系数为-0.67，发生负反射，源端反射电压为084×（-0.67）=-0.56V，该电压到达线末端，再次发生反射，反射电压-0.56V。
此时线末端测量电压为2×0.84+2×（-0.56）=0.56V。
第3次反射：从线末端反射回的-0.56V电压到达源端，再次发生负反射，反射电压为0.38V。
该电压到达线末端再次发生正反射，反射电压0.38V。
此时线末端测量电压为0.56+0.38+0.38=1.32V。
同样会发生第四次反射，第五次反射……如此循环，反射电压在源端和远端之间来回反弹，而引起线末端电压不稳定。
信号与电源完整性分拆与设计-李玉山第9讲
信号及电源完整性分析与设计[Chapter9]第九讲有损线带宽、抖动与数据完整性西安电子科技大学电路CAD研究所李玉山19.0高频损耗引起数据误码单纯传输，数据信号经过长线后，上升边退化。
图9.1 是上升边 RT=50ps 信号在 FR4 上经过 36in 、 50Ω线后的波 形。
除延迟外，上升边几乎拉长到2ns。
这种退化将引起 数据 0/1 符号间干扰 (Intersymbol Interference ， ISI) 和误码 。
图9.1RT=50ps的信号入经50Ω、36in长线后为RT=1ns的信号出2当时钟频率高于1GHz、传输长度超过10in时，例 如高速链路(Serial Link)和千兆以太网，数据误码 主要是传输线损耗引起(机载、星载设备中同类问题很多)。
误码的主要原因是：数据信号幅度的塌陷退化直 接影响0/1的阈值判决；时序上的交叠抖动妨碍0/1的 判决时刻(其实，前一讲的时延ΔTD不仅有时延，也有上升边的退化含义，只是未单独讨论)。
3一般，频域中分析高频损耗比较简单。
例如：频域 中上升边退化变长等价于：信号高频分量的衰减比低 频分量衰减大得多。
下面分析传输线损耗的思路是：首先，在频域中理 解损耗机理；然后，再到时域中估计它对信号完整性 的影响 (本讲主要考察两种损耗：导线损、介质损及其对退化的影响分析)。
49.1有损线的退化作用若信号损耗与频率无关，即低频、高频时相同。
整个信 号的幅度会统一降低，波形形状则继续保真。
图9.2指出： 这种常量型衰减不会造成信号上升边退化和时序抖动。
图9.2当损耗与频率无关时，上升边为100ps的信号传播后波形形状不变5实际上，信号在有损传输线传播，高频分量的选 择性衰减使得信号带宽降低、上升边拉长。
上升边拉 长是退化的主要形式。
如果上升边退化与数据0/1位周期相比很小，位模 式(样式)将比较稳定，并与0/1数据流中前面位是0是 1的经历无关。
电容耦合连接器及其信号完整性分析
合连接器 物理结构对接 收端脉冲波形 的影响 ， 出了连 接器尺 寸的选择策 略 与合理 的均衡 方案 以减 小 提 符 号间干扰 ， 提高 了信号的传 输速 率． 仿真结果显示， 电容耦合连接器 的信号传输速率可达 １ Ｇ ／ ． ６ ｂｓ
关 键 词 ：交 流 耦 合 互 连 ； 相 不 归零 码 ； 接 器 ； 号 间干 扰 反 连 符 中 图分 类 号 ：Ｐ １．３ Ｔ Ｓ１ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １ ４０ ２ １ ）５０ ５ － １０ — ０ （０ １ ０ －１９０ ２ ６
ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｒ ｄ ｅ ｔ ｅ ｎ ｅ —ｙ ｒ ｐ ｓ ｄ ｔ ｅ ｕｃ ｈ ｉｔ ｒｓ ｍｂｏ ｎｔｒｅ ｅ ｃ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｓｇ ａ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ａｅ Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓ ｌｉ ｅ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｈｅ ｉ ｌ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｒ ｔ． ｉ ｌ ｔｏ ｅ ｕ ｔ ｆ ｎ
摘要 ：传统 的压 配模 式连接器在每次连接 时需要插拔 ， 插入 力使 引脚遭 受磨 损和 扭折 ， 针对 此问题提 出
了一种电容 耦合连接器． 该连 接器根据 Ａ ｃ耦合原理 ， 利用 两条传输 线相 互重叠形成 的 电容 ， 将发 射端
信 号 耦 合 到 接 收端 ， 号 传 输 界 面 是 非 接 触 的 ， 入 力 为 零 ， 除 了磨 损 和 扭 折 的 现 象． 过 分 析 电容 耦 信 插 消 通
电容耦合连接器及其信号完整性分析信号耦合电容耦合电容耦合电容的作用电容耦合原理耦合电容的选择音频耦合电容音频耦合电容选择耦合电容计算耦合电容器的作用
２１ ０ １年 １ ０月
西安电子 科技大学学报 （ 自然科学版 ）
Ｊ０ＵＲＮＡＩ ＯＦ ＸⅡ） ＡＮ ＵＮⅣ ＥＲＳｒｒ ， ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ］ｙ
经典：信号完整性-7-8特性阻抗
量就会更优。所有的高速互连线都必须设计成均匀传输线。
――整条导线中，若几何结构或材料属性发生变化，传输线 是不均匀的。如两条导线的间距变化，那它就是非均匀传输 线。双列直插封装(DIP)或扁平封装(QFP)中的一对引脚就是 非均匀传输线，接插件的相邻线条通常也是非均匀传输线， PCB板上的线条如果没有返回路径平面很可能也是非均匀传 输线。非均匀传输线除非走线足够短，否则就会引起信号完 整性问题。
信号完整性的许多问题，都是返回路径设计不当产生 的。要认真设计信号之外其他路径的几何形状。
当把其他某一路径称作地时，我们通常将它看成是所 有电流的汇合处。返回电流流进这里，又从这里流向其他 接地处。这是一种完全错误的观点。
返回电流是要紧靠信号电流。高频时信号路径和返回 路径的回路电感要最小化。只要情况允许，返回路径会尽 量靠近信号路径。
无论传输线是均匀的还是非均匀，是对称的还是非对称， 它只有一个功能：在额定的失真限度下，把信号从一端传 输到另一端。
7.4 铜中电子的速度
实际上，铜导线中的电子速度比信号的速度要低100亿倍。 导线中电子的速度与信号的速度没有任何关系。 如图 7.5 所示，根据每秒钟通过横截面的电子数、导线 中的电子密度和导线的横截面积就可以计算出导线中电子 的速度。导线中的电流为：
signal path──信号路径 return path──返回路径
图 7.3 某一时刻信号波形,信号指信号线和返回线两点间的电压
提示 如果知道信号感受到的阻抗，根据信号大小就可以计算出电流。从这个 意义上讲，信号可以被定义成电压或电流。
这些普遍的原则适用于所有的传输线，无论是单端传输 线的还是差分传输线。
微带线也是一种非对称传输线，因为两条导线的宽度不 一样，一条比较窄绝大多数传输线本身的对称与否对信号的反射失真和串扰效应 都不会造成什么影响。然而，返回路径的具体结构将严重影响地弹和电磁干扰问题
――整条导线中，若几何结构或材料属性发生变化，传输线 是不均匀的。如两条导线的间距变化，那它就是非均匀传输 线。双列直插封装(DIP)或扁平封装(QFP)中的一对引脚就是 非均匀传输线，接插件的相邻线条通常也是非均匀传输线， PCB板上的线条如果没有返回路径平面很可能也是非均匀传 输线。非均匀传输线除非走线足够短，否则就会引起信号完 整性问题。
信号完整性的许多问题，都是返回路径设计不当产生 的。要认真设计信号之外其他路径的几何形状。
当把其他某一路径称作地时，我们通常将它看成是所 有电流的汇合处。返回电流流进这里，又从这里流向其他 接地处。这是一种完全错误的观点。
返回电流是要紧靠信号电流。高频时信号路径和返回 路径的回路电感要最小化。只要情况允许，返回路径会尽 量靠近信号路径。
无论传输线是均匀的还是非均匀，是对称的还是非对称， 它只有一个功能：在额定的失真限度下，把信号从一端传 输到另一端。
7.4 铜中电子的速度
实际上，铜导线中的电子速度比信号的速度要低100亿倍。 导线中电子的速度与信号的速度没有任何关系。 如图 7.5 所示，根据每秒钟通过横截面的电子数、导线 中的电子密度和导线的横截面积就可以计算出导线中电子 的速度。导线中的电流为：
signal path──信号路径 return path──返回路径
图 7.3 某一时刻信号波形,信号指信号线和返回线两点间的电压
提示 如果知道信号感受到的阻抗，根据信号大小就可以计算出电流。从这个 意义上讲，信号可以被定义成电压或电流。
这些普遍的原则适用于所有的传输线，无论是单端传输 线的还是差分传输线。
微带线也是一种非对称传输线，因为两条导线的宽度不 一样，一条比较窄绝大多数传输线本身的对称与否对信号的反射失真和串扰效应 都不会造成什么影响。然而，返回路径的具体结构将严重影响地弹和电磁干扰问题
高速电路之信号回流路径分析
高速电路之信号回流路径分析王泽强【摘要】In the circuit design of high speed digital system, electromagnetic compatibility (EMC) , signal integrity (SI) and power integrity are closely connected with each other, which is the challenge the high speed circuit design facing. The posi-tion between signal line and signal circumfluence path has direct relation with EMC and SI. Dealing well with the relation be-tween signal line and signal circumfluence path plays a decisive role in solving the problems of EMC, SI and power integrity.%在高速数字系统电路设计中,电磁兼容性、信号完整性和电源完整性等问题紧密的交织在一起,成为高速电路设计的挑战.信号线与信号回流路径之间的位置与电磁兼容性、信号完整性问题有着直接的关系,处理好信号线与信号回流路径之间的关系,对解决电磁兼容性、信号完整性及电源完整性问题有不可忽视的作用.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(036)001【总页数】4页(P155-157,160)【关键词】高速电路;信号回流路径;电磁兼容;信号完整性【作者】王泽强【作者单位】深圳市远望谷信息技术股份有限公司,广东深圳518057【正文语种】中文【中图分类】TN911.7-340 引言随着半导体技术的快速发展，高速数字系统时钟频率越来越高。