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信号完整性分析培训课件

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信号完整性分析PPT课件

信号完整性分析PPT课件

Olica
4
SI简介
• 学习SI的目的 a.什么是典型的信号完整性问题？ b.这些问题来自哪里？ c.为什么有必要去理解SI问题？ d.如何去分析和解决SI问题？ e.如何去做SI测试？
30.11.2020
Olica
5
• SI的内容 SI简介
信号完整性它包含两方面的内容，一是 独立信号的质量，另一个是时序。我们 在电子设计的过程中不得不考虑两个问 题：信号有没有按时到达目的地？信号 达到目的地后它的质量如何？所以我们 做信号完整性分析的目的就是确认高频 数字传输的可靠性。
30.11.2020
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SI简介
• 数据采样及时序例子
30.11.2020
Olica
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SI简介
• 数据采样及时序例子 从这个图里面我们可以清楚地看到数据 必须准时到达逻辑门而且在接收端期间 开始锁存前必须确定它们的逻辑状态。 任何数据的延迟或者失真都会导致数据 传输的失败。失败有两种可能：一个是 因为接收端根本就无法识别数据；另一 个是接收端虽然识别了数据，但数据因 为失真而导致错误。
30.11.2020
Olica
3
SI简介
• SI的重要性
随着高频数字电路的不断发展，SI问题变得越来越引 人注目，数字电路的频率越高，出现SI问题的可能性 就越大，对设计工程师来说，他的挑战也就越大。很 多SI问题实际上都是自然界中的电磁现象，所以SI问 题跟EMI/EMC是息息相关的。
30.11.2020
30.11.2020
Olica
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SI简介
• 理想逻辑电压波形
30.11.2020
Olica
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SI简介

信号完整性分析 ppt课件

信号完整性分析 ppt课件

图0-0 五种PCB及系统级中的互连线条形式
信号完整性分析
• 点到点
• 近、远端簇
• 菊花链
• 周期性加载
图0-1 单个网络的各种互连拓扑情况
图0-2 高速IEEE-1394视频采集系统
物理互连本身的电阻、电容、电感和传输线效应 影响了系统性能。SI分析一书的作者Eric将后果归结
为信四类号SI完问整题：性分析
• 反射(reflection)；
• 串扰(crosstalk)；
• 电源轨道塌陷(rail collapse)；
• 电磁干扰(EMI)。
此种划分系一家之言！该书属入门读物，后两种 涉及不深。
图0-3 四种信号完整性问题图解
图0-4 实际互连的阻抗不匹配示例，多分支更是如此
图0-5 振铃曲线，是由于阻抗不匹配造成的反射所致
• Ansoft: HFSS（高频结构仿真器）、SI2D
信号完整性分析
• 阻抗分析仪； • 矢量网络分析仪(VNA)； • 时域反射仪(TDR)。
1. 阻抗分析仪：频域, 正弦电流源+电压表 (直接测)； 2. 矢量网络分析仪(VNA)：频域, 电压源＋ 电压表(间接测)； 3. 时域反射仪(TDR)：时域, 信号源＋示波器 (间接测)。
升边将增加到100ps。
图0-10 由于有损线造成的上升边退化
信号完整性分析
• 经验法则； • 解析近似； • 数值仿真 (有场和路两种途径)； • 实际测量。
信号完整性分析
• SPICE（侧重IC的仿真程序） • Mentor公司：Hyperlynx • Candence公司：SigXP（SigXplorer） • Agilent公司：ADS
物理互连（Interconnect ）包括四个层次：芯片内连线、芯片 封装、PCB及系统互连。它们决定高速信号、数据和电源质量。 三个高密度载体为：芯片系统SOC、板级系统SOB、封装系统 SOP。

信号完整性基础培训课件

信号完整性基础培训课件
为分析为了保证输出信号的上升沿不明显退化时的有耗传输线长度，所采用50欧姆传输线 ，传输线的长度所采用4inch,8inch,12inch，16inch,输入信号采用80ps，仿真出接收端的波形。
4inch，106ps 8inch, 169ps 12inch,252ps 16inch,348ps
无损耗传输线
➢时域和频域的概念
时域：时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系。例如一个信号的时域波形可以表达信号随 着时间的变化。时域是真实世界，是惟一实际存在的域。因为我们的经历都是在时域中发展和验 证的，已经习惯于事件按时间的先后顺序地发生。而评估数字产品的性能时，通常在时域中进行 分析，因为产品的性能最终就是在时域中测量的。
用阻抗描述信号完整性：
➢任何阻抗突变都会引起电压信号的反射和失真，这使信号质量会出现问题。 ➢信号的串扰是由两条相邻信号线条（包括其返回路径）之间的电场和磁场的耦合引起的， 信号线间的互
耦电容和互耦电感产生的阻抗决定了耦合电流的值。 ➢电源轨道塌陷实际上与电流分布系统（PDS）的阻抗有关。系统中必然流动着一定的电流 量以供给所有的芯片，并且由于在电源和地之间存在着阻抗，所以当芯片电流切换时，就会 形成压降。这个压降意味着电流轨道和地轨道从正常值下塌陷。 ➢最大的EMI根源是流经外部电缆的共模电流，此地平面上返回路径的阻抗越大，电压降即 地弹就越大，
➢ 通道中的损耗 通道上的每一个节点都会造成损耗，损耗受控是一个真正的挑战。
介质损耗 导体损耗 趋肤效应
1.介质损耗的斜率比导体损耗大 2. 当5Ghz之后介质损耗将占据主导 3. 应对趋肤效应将导致成本急剧上升
w精ww品.fopupndte模rpc板 What is 城市轨道交通 urban rail transport

《信号完整性培训》课件

《信号完整性培训》课件

信号完整性仿真软件介绍
仿真软件的种类与功能
单击添加标题
信号完整性仿真软件：用于 模拟信号在电路中的传输和 干扰情况，评估信号完整性
单击添加标题
功能：提供信号完整性分析、 优化和验证功能，帮助设计 者优化电路设计，提高信号
传输质量
单击添加标题
仿真软件种类：包括 Cadence、Mentor、
Synopsys等
信号完整性的评估通常包括 信号的幅度、相位、抖动、
噪声等方面的测量。
信号完整性对于电子系统的 性能和可靠性至关重要。
信号完整性的重要性
确保信号传输的准确性和可靠性
降低电磁干扰和噪声
添加标题
添加标题
提高系统稳定性和性能
添加标题
添加标题
提高产品竞争力和品牌价值
信号完整性的影响因素
信号频率：频率 越高，信号完整 性越差
信号串扰的影响：信号串扰会导致信号 误码率增加、信号传输质量下降等问题
信号反射与串扰的解决方法：通过优化 信号传输路径、增加信号隔离度、使用 屏蔽材料等方式进行解决
信号的时序与抖动
时序：信号在时间上的顺序和规律 抖动：信号在传输过程中的不稳定性 抖动类型：随机抖动、确定性抖动、数据相关抖动 抖动影响：可能导致信号失真、传输错误、系统不稳定等
信号幅度：幅度 越大，信号完整 性越差
信号传输路径： 路径越长，信号 完整性越差
信号传输介质：介 质的阻抗、容抗、 感抗等参数会影响 信号完整性
信号完整性的基础理论
信号的传输方式
串行传输：数据按 顺序传输，速度快， 但容易受到干扰
并行传输：数据同 时传输，速度快， 但需要更多的硬件 资源
模拟传输：数据以 模拟信号的形式传 输，抗干扰能力强 ，但传输距离有限

《信号完整性培训》课件

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解决方法
通过在传输线的末端添加 终端电阻来匹配阻抗，消 除反射。
信号串扰
信号串扰定义
当信号在传输线中传播时 ，会受到相邻信号线的干 扰，产生串扰。
串扰产生的影响
串扰会导致信号质量下降 、误码率增加，严重时会 导致通信失败。
解决方法
通过合理布线、增加线间 距、使用屏蔽线等措施来 减小串扰。
信号时序
加强信号完整性测试和测量技 术的研究，提高测试精度和效
率。
探索新的信号完整性设计方法 和优化技术，提高设计效率和
可靠性。
加强信号完整性与其他领域的 交叉研究，如通信、控制、人 工智能等，开拓新的应用领域
。
THANKS
感谢观看
02
它涉及到信号在电路中传输时所 受到的各种影响，如噪声、干扰 、衰减、延迟等。
信号完整性的重要性
保证电路的正常工作
信号完整性的好坏直接影响到电路的 正常工作，如果信号在传输过程中出 现失真或畸变，可能会导致电路工作 异常或出现故障。
提高系统性能
降低系统成本
避免因信号问题导致的系统故障和维 修成本，从而降低整个系统的成本。
合理选择传输线
根据信号类型和传输速率，选择合适的传输 线类型和规格。
使用适当的端接方式
根据传输线的类型和长度，选择合适的端接 方式，如串联端接、并联端接等。
优化布线策略
通过合理的布线，减少信号延迟和反射，提 高信号质量。
抑制电磁干扰
通过增加屏蔽、使用滤波器等手段，降低电 磁干扰对信号的影响。
设计实例分享
示波器和逻辑分析仪
用于捕获和观察信号波形，分析信号的时序和幅度。
网络分析仪和频谱分析仪
用于测量信号的频率响应和传输特性。

信号完整性ppt课件

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导电平面就像一个镜子，镜像电路与原电
路电流方向相反，并以平面对称。这样由
于互感影响，该涡流 会较大的减小原电路
的回路自感。
23
电感的物理基础
•
悬空平面越靠近回路，回路的电感就
越小，如下图：
24
传输线的物理基础
• 一、信号 信号总是指信号路径和返回路径之间相
邻两点的电压差，该原则适用于所有传输 线，无论是单端还是差分传输线。
信号完整性分析
通常设计过程是极富直觉和创造性的，要想尽快 完成合格设计，激发关于信号完整性的设计 直觉至关 重要。设计产品的设计师应了解信号完整性如何影响整 个产品的性能。该文档主要介绍 理解和解决信号完整 性问题所需的基本原理，直观定量地给出信号完整性问 题的工程背景知识。
主要参考： 信号完整性分析
• 四、传输线的瞬态阻抗及特征阻抗 传输线的瞬态阻抗并不是PCB上导线的电阻。如
果我们在一根导线上加一个电压，该电压信号从一 端传输到另一端的过程中所受到的阻抗即为瞬态阻 抗，当一定时间后，整根导线上的电源稳定后，导 线表现出的阻抗与瞬态阻抗肯定不一样，稳定后的 电阻才是我们平时所指的电阻。瞬态阻抗仅由传输 线 的两个固定参数决定，即传输线的横截面积和材 料特性共同决定，与传输线的长度无关。计算公式 为（只考虑电容效应的近似计算）：
3
概论
c、返回路径平面上的间隙； d、接插件； e、分支线、T型线或桩线； f、网络末端。 B、网络间的串扰； C、轨道塌陷噪声；
当通过电源和地路径的电流发生变化时，在电 源路径和地路径间的阻抗上将产生一个压降。设计 电源和地分配的目标是使电源分配系统（PDS）的 阻抗 最小 D、来自整个系统的电磁干扰和辐射。
11

信号完整性基础培训课件(PPT 54页)


LL='8000mil'
d(m7,m8) 0.3528
V(Vl) NexximTransient
400.00
接收上升时间为
0.173ns
Circuit1 ANSOFT
Curve Info V(Vl)
NexximTransient
0.20 m1
200.00 m1
MY1: 97.7000
0.00
0.00
0.00
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4.00
5.00
Time [ns]
0.00
1.00
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1. 信号完整性基础知识
瞬态阻抗 信号在传输线的传播实际上是信号路径与返回路径之间的电容在不停地充电！
信号在导线上传播时,电流I是一个常量：
I Q t C xV CL x xvV CLvV v
ZV IC L V vV C 1 L vC 8L3r
瞬态阻抗 信号的速度 信号的电压
用阻抗描述信号完整性：
任何阻抗突变都会引起电压信号的反射和失真，这使信号质量会出现问题。 信号的串扰是由两条相邻信号线条（包括其返回路径）之间的电场和磁场的耦合引起的， 信号线间的互
耦电容和互耦电感产生的阻抗决定了耦合电流的值。 电源轨道塌陷实际上与电流分布系统（PDS）的阻抗有关。系统中必然流动着一定的电流 量以供给所有的芯片，并且由于在电源和地之间存在着阻抗，所以当芯片电流切换时，就会 形成压降。这个压降意味着电流轨道和地轨道从正常值下塌陷。 最大的EMI根源是流经外部电缆的共模电流，此地平面上返回路径的阻抗越大，电压降即 地弹就越大，
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5.00
Time [ns]

信号完整性分析培训课件

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。
精品文档
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。
精品文档
信号完整性分析规则设置
1、激励信号规则(Signal Stimulus)规则
设置激励信号的种类，包括3种选项：“Constant Level”表示激励信号 为某个常数电平；“Single Pulse”表示激励信号为单脉冲信号； “Periodic Pulse”表示激励信号为周期性脉冲信号
设置激励信号高电平 脉宽的起始时间
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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பைடு நூலகம்
常见的信号完整性问题
Protel 99SE提供了一个高级的信号完整性分析器。 它能精确地模拟分析已步好线的PCB，可以测试 网络阻抗、下冲、过冲和信号斜率。
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信号完整性分析器
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信号完整性分析规则设置
5、信号下冲的上升沿(Undershoot-Rising Edge)规则：信号 下冲的上升沿与信号下冲的下降沿是相对应的。它定义了信 号上升边沿允许的最大下冲值，也即信号上升沿上低于信号 上位置的阻尼振荡，系统默认单位是伏特。
精品文档
信号完整性分析规则设置

第7章 信号完整性分析.ppt


1）设置简便——就像在PCB编辑器中定义设计规则一样定义
《 电
设计参数(阻抗、上冲、下冲、斜率等)。
子
2）通过运行DRC，快速定位不符合设计需求的网络。
线
路
3）无需特殊经验要求，从PCB中直接进行信号完整性分析。
辅 助
4）提供快速的反射和串扰分析。
设 计
5）利用I／O缓冲器宏模型，无需额外的SPICE或模拟仿真知
电 子
一旦发现违规（violation），就会被标记出来（显示为
线 高亮度），提醒注意，同时如果PCB浏览管理器设为违
路
辅 规浏览模式，其中会显示违规的名称和具体内容。
助
设
实时检查并不是有多少规则，就检查多少项，而是
计 只检查设定项目，检查的项目可以调整，这种调整是通
Protel SE
过执行“Tools\Design Rule Check…”命令进行的，在 99 “Design Rule Check…”对话框的“On-Line”标签页中 》 完成。
辅
沿）”对话框，如图7-13所示。
助
设
计
Protel SE
99 》
第7章 信号完整性分析
六、信号基值(Base Value)
基值是信号在低状态时的稳定电压值，示意图见图7-14。该
《
规则定义了允许的最大的基值电压。在图7-3中选择第6项，即
电 子
Base Value项，单击“Add”按钮，弹出“Base Value”对话框，如
第7章 信号完整性分析
Protel 99 SE提供了多种设计规则，用户可对这些
《
设计规则进行重新定义。如图7-29所示。
电
子
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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。精文档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。
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。
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。
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。
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
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。
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常见的信号完整性问题
4、接地反弹
接地反弹是指由于电路中较大的电流涌动，在电源与 接地平面间产生大量噪声的现象。如大量芯片同步切 换时，会产生一个较大的瞬态电流从芯片与电流平面 间流过，芯片封装与电源间的寄生电感、电容和电阻 会引发电流噪声，使得零电位平面上产生较大的电压 波动(可能高达2V)，足以造成其他元件误动作。
由于接地平面的分割(分为数字接地、模拟接地和屏 蔽接地等)，可能引起数字信号传到模拟接地区域时， 会产生接地平面回流反弹。同样，电源平面分割也可 能出现类似危害。负载容性的增大、阻性的减少、寄 生参数的增大、切换速度的增高，以及同步切换数目 的增加，都可能导致接地反弹的增加。
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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。
除上述问题之外，在高频电路设计中还存 在有其他一些与电路功能本身无关的信号 完整性问题，如电路板上的网络阻抗和电 磁兼容性等。
在实际的制作PCB印制板之前，应该进行 信号完整性分析，以提高设计的可靠性和 降低设计成本。
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信号完整性分析工具
Protel 99SE包含一个高级信号完整性仿真器。它能分 析PCB设计并检查设计参数，测试过冲、下冲、线路 阻抗和信号斜率。
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。
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信号完整性分析工具
Protel 99SE的信号完整性分析模块的设计特征如下： 设置简单，可以像在PCB编辑器中定义设计规则一样
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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 的基本知识进行学习： 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。
如果PCB上任何一个设计要求(由DRC指定的)有问题， 即可对PCB进行反射或串扰分析，以确定问题所在。
Protel 99SE的信号完整性分析和PCB设计模块是无缝 连接的。该模块提供了极其精确的板级分析，能检查 整板的串扰、过冲、下冲、上升时间、下降时间和线 路阻抗等问题。在印制电路板制造前，应以最小的代 价来解决高速电路设计带来的问题和EMC/EMI(电磁 兼容性/电磁抗干扰)等问题。