《信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计》

第9章高速信号的电源完整性分析在电路设计中，设计好一个高质量的高速PCB板，应该从信号完整性(SI——Signal Integrity)和电源完整性(PI——Power Integrity )两个方面来考虑。

尽管从信号完整性上表现出来的结果较为直接，但是信号参考层的不完整会造成信号回流路径变化多端，从而引起信号质量变差，连带引起了产品的EMI性能变差。

这将直接影响最终PCB板的信号完整性。

因此研究电源完整性是非常必要和重要的。

9.1 电源完整性概述虽然电子设计的发展已经有相当长的历史，但是高速信号是近些年才开始面对的问题，随之出现的电源完整性的许多概念并不为大多数人所了解。

这里，对其中涉及到的一些基本名词做些简单的介绍。

9.1.1 电源完整性的相关概念电源完整性(Power Integrity) ：是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。

虽然电源完整性是讨论电源供给的稳定性问题，但由于地在实际系统中总是和电源密不可分的，通常把如何减少地平面的噪声也做为电源完整性的一部分讨论。

电源分配网络：电源分配网络的作用就是给系统内所有器件或芯片提供足够的电源,并满足系统对电源稳定性的要求。

同步开关噪声（Simultaneous Switch Noise，简称SSN）：是指当器件处于开关状态，产生瞬间变化的电流（di/dt），在经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起噪声，所以也称为Δi噪声。

同步开关噪声包括电子噪声、地弹噪声、回流噪声、断点噪声等。

它对电源完整性的影响表现为地弹和电源反弹。

地弹噪声：它是同步开关噪声对电源完整性影响的表现之一。

是指芯片上的地参考电压的跳动。

当大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声，这样会在真正的地平面（0V）上产生电压的波动和变化，这个噪声会影响其它元器件的动作。

信号完整性与电源完整性的研究与仿真的开题报告一、选题背景及意义信号完整性和电源完整性感性地理解，即不同的信号和电源是否能够在电路中保持其原始状态。

在高速PCB设计中，信号完整性问题和电源完整性问题是非常普遍的，它们会产生各种各样的电路干扰，如噪音、电磁干扰等等，从而导致电路性能的下降或者系统功能的失效。

因此，实现信号完整性和电源完整性对于保证电路性能和系统可靠性是至关重要的。

然而，在高速PCB设计中，对于信号完整性和电源完整性的研究与仿真是一个非常重要的环节。

二、研究目标本研究的主要目标是探讨信号完整性和电源完整性在高速PCB设计中的关键问题，例如信号的传输和噪声的抑制、电源的供电质量和稳定性等等。

通过对实验和仿真的比较，分析影响信号完整性和电源完整性的因素，并提供相应的设计方法和方案。

三、研究内容与步骤1、了解信号完整性和电源完整性相关的理论知识。

2、分析信号完整性和电源完整性的影响因素。

3、研究现有的信号完整性和电源完整性仿真方法，并结合实验进行对比分析。

4、验证设计方案，通过仿真分析和实验验证，确定最优解决方案。

5、总结研究成果，提出针对信号完整性和电源完整性研究的未来发展方向。

四、预期成果与创新点预计本研究将通过实验和仿真，提供了解信号完整性和电源完整性在高速PCB设计中的关键问题的详细分析，为保证电路性能和系统可靠性提供设计方案和方法，并为相关领域的研究提供创新点。

五、研究方法本研究采用实验和仿真相结合的方法，通过实验验证仿真结果的准确性，并通过仿真得到更多有价值的信息。

在实验方面，将借助现有的测试设备进行测试，如信号发生器、示波器等。

在仿真方面，将采用相应的仿真软件工具，如Altium Designer 等进行仿真。

六、研究难点1、信号完整性和电源完整性影响因素的综合分析。

2、如何针对信号完整性和电源完整性的问题提供最优解决方案。

3、通过仿真和实验得到准确的结果和分析。

七、时间安排本研究计划在2021年9月至2022年6月期间完成。

高速PCB信号完整性和电源完整性仿真技术研讨会 小伙伴们，下周我们又组织了一个信号完整性的活动，这次的主题非常简单明了，就是介绍高速PCB信号完整性和电源完整性仿真技术。

 活动介绍 PCB作为电子产品上最大的元器件，一直是工程师研究的主要对象。

 对于信号完整性工程师更是深有体会，因为PCB作为互连的主要通道，包含了器件的封装焊盘、过孔、传输线、电源和地平面等，这些因素都会影响到高速电路信号完整性的表现，任何一个点设计不好都有可能导致设计失败。

 ADS包含了全套原理图和PCB仿真的工具，能快速的建模仿真并高效的分析和处理结果。

 本次研讨会将概括性的介绍：ADS软件针对信号完整性仿真的流程、PCB材料以及参数提取流程、层叠的设计、阻抗的计算、过孔仿真流程以及PCB信号完整性和电源完整性仿真流程。

 PCB仿真的流程 提取频变的材料参数结果： ADS Via designer过孔仿真的基本流程： 速度报名吧 日期：2018年09月12日 时间：10:00-12:00 参加对象：信号完整性和电源完整性仿真工程师，Layout工程师，硬件工程师，技术总监以及有兴趣的工程师，老师，大学电子类的学生等等 嘉宾简介 蒋修国 是德科技 应用工程师 应用工程师，参与过大型服务器、交换机、高速背板和云存储产品、消费类电子产品等的硬件研发。

擅长高速数字电路的信号完整性和电源完整性仿真、设计和测试。

8年+工作经验。

 2016年加入是德科技，目前负责信号完整性、电源完整性和EMC相关产品的应用与技术支持。

《信号完整性》公众号创始人，公众号创建于2014年。

每周都会分享SI、PI、RF和EMC相关的原创仿真测试的内容。

 涂智元 是德科技 应用工程师 Master in EE, National Chiao-Tung University (Hsinchu). Work Experience: Product Marketing, Foxconn (2 years). Summary of skill: Signal Integrity, EM and communication system.Years of Keysight: 5 years. 易泽宇 是德科技 应用工程师 华中科技大学电子科学与技术硕士学位，从事EEsof EDA 软件应用技术支持工作。

集成电路设计中的信号完整性分析与优化随着现代电子技术的发展，集成电路已经成为大部分电子产品中不可或缺的一部分。

在集成电路设计中，信号完整性是一个绕不开的话题。

在高速集成电路系统中，信号完整性的保障至关重要。

本文将阐述集成电路设计中信号完整性的重要性，以及分析和优化信号完整性的方法。

一、信号完整性的概念信号完整性通常指的是信号在途中受到的损耗、反射和干扰等影响对信号质量的影响。

在高速集成电路设计中，主要涉及到共模噪声、串扰、时钟漂移、功率噪声等问题，这些问题都会对信号完整性产生负面影响。

在集成电路设计中，信号完整性对于电路性能的保障至关重要。

如果信号完整性存在问题，会导致信号失真、时序误差、电磁兼容性（EMC）问题等，从而影响产品的可靠性和性能。

因此，在高速集成电路设计中保障信号完整性已经成为了一项必须考虑的关键任务。

二、信号完整性分析与优化1.仿真与分析在设计一款高速集成电路时，仿真和分析是保障信号完整性的最基本手段。

信号完整性分析通常是通过工具仿真来完成的，主要包括电磁仿真、功率完整性仿真和时钟完整性仿真等。

通过仿真可以得到各种信号参数，如传输速率、时延、噪声干扰等，并以此为基础进行信号完整性的下一步优化。

2.布局与设计在信号完整性的优化中，良好的布局和设计也是至关重要的。

首先，需要避免布线的过长、过细，以免引发串扰、反射等问题。

其次，布局中会遵循规定的电性长度，以保证严格的时间同步，从而最大限度地减少时钟漂移、时序误差等问题。

3.电源和地线的设计在高速集成电路系统中，电源和地线的设计也是信号完整性的关键因素。

电源和地线的引入会造成电压变化和噪声产生，因此需要进行合理的布线。

在设计中应该避免信号线和电源/地线平行布线，以减少串扰和互感耦合的发生。

4.屏蔽和滤波为了进一步减少信号噪声和串扰，信号屏蔽和滤波也是信号完整性优化的常用方法。

具体来说，可以使用屏蔽罩、滤波器等措施来减少信号噪声和干扰。

5.仿真和测试信号完整性的评估离不开仿真和测试。

集成电路中电源完整性与信号完整性分析哎呀，说起集成电路中的电源完整性和信号完整性分析，这可真是个让人又爱又恨的“家伙”。

就拿我之前经历的一件事儿来说吧。

有一次，我参与了一个小型电子设备的研发项目。

那时候，我们团队满心欢喜地设计好了整个集成电路的架构，觉得大功告成。

可谁知道，在实际测试的时候，问题接二连三地冒了出来。

先是电源方面，设备运行没多久，就出现了电压不稳定的情况。

这就好比你正在跑步，突然有人给你使绊子，让你的脚步变得踉踉跄跄。

我们开始仔细排查，发现是电源布线不合理，导致电流在传输过程中出现了损耗和波动。

再说说信号完整性。

明明发送出去的是清晰准确的信号，可接收端却总是出现误码和失真。

这感觉就像是你给朋友精心准备了一份礼物，结果快递给你弄破了包装，里面的东西也坏了。

那咱们先来说说电源完整性。

电源完整性简单来说，就是要确保集成电路中的电源供应稳定、干净，没有杂波和干扰。

这就像我们家里的电，如果电压一会儿高一会儿低，那电器能正常工作吗？肯定不行！在集成电路里也是一样，如果电源不稳定，那各个元器件就像失去了主心骨，没法好好干活。

比如说，在多层电路板的设计中，如果电源层和地层的间距不合理，就会产生寄生电容和电感。

这就好比在一条马路上，突然多了一些障碍物，让电流的通行变得不顺畅。

还有，电源分配网络的设计也至关重要。

如果电阻过大，电流就会遇到“堵车”，导致电压下降。

再讲讲信号完整性。

信号在集成电路中传播，就像是一场旅行。

如果路径不好，信号就会“迷路”或者“受伤”。

比如说，高速信号在传输线上传播时，如果传输线的特征阻抗不匹配，就会发生反射，这就像声音在空旷的山谷中回荡，影响了信号的质量。

还有串扰问题。

相邻的信号线就像住在隔壁的邻居，如果靠得太近，彼此之间就会互相干扰。

想象一下，你正在专心看书，旁边有人大声吵闹，你能静下心来吗？信号也是一样，被干扰了就没法准确传达信息。

为了保证电源完整性和信号完整性，我们在设计的时候要特别小心。

信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计李荔博士leo_le@安捷伦科技1简介信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。

在讨论信号完整性设计性能时，如指定不同的收发参考端口，则对信号还原程度会用不同的指标来描述。

通常指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点，此时对信号还原程度主要依靠上升/下降及保持时间等指标来进行描述。

而如果指定的参考收发端口是在信道编码器输入端及解码器输出端时，对信号还原程度的描述将会依靠误码率来描述。

电源完整性是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。

同样，对于同一系统中同一个器件的正常工作条件而言，如果指定的端口不同，其工作电源要求也不同（在随后的例子中将会直观地看到这一点）。

通常指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点，此时该芯片的产品手册应给出该端口处的相应指标，常用纹波大小或者电压最大偏离范围来表征。

图一是一个典型背板信号传输的系统示意图。

本文中“系统”一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件，包括芯片、封装与PCB板的物理结构，电源及电源传输网络，所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。

从设计目的而言，需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构；需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。

1001010…图1 背板信号传输的系统示意图在本文的以下内容中，将会看到由于这些支撑与互联结构对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减，从而会使设计者产生对信号完整性及电源完整性的担忧。

而不同传输协议及不同数据内容的表达方式对相同传输环境具备不同适应能力，使得设计者需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。

为描述方便起见以下用“完整性设计与分析”来指代“信号完整性与电源完整性设计与分析”。

2 版图完整性问题、分析与设计上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。

电路板级的信号完整性问题和仿真分析摘要：今天随着电子技术的发展，电路板设计中的信号完整性问题已成为PCB设计者必须面对的问题。

信号完整性指的是什么？信号在电路中传输的质量。

由于电子产品向高速、微型化的发展，导致集成电路开关速度的加快，产生了信号完整性问题。

常见的问题有反弹、振铃、地弹和串扰等等。

这些问题将会对电路板设计产生怎样的影响？通过理论分析探讨，找到解决它们的一些途径。

传统的PCB设计是在样机中去测试问题，极大的降低了产品设计的效率。

使用EDA工具分析，可以将问题在计算机中进行暴露处理，降低问题的出现，提高产品的设计效率。

这里以Altium Designer 6.0工具为例，介绍分析解决部分信号完整性问题的方法。

关键词：信号完整性 Altium Designer 6.0 仿真分析[中图分类号] O59 [文献标识码] A [文章编号] 1000-7326（2012）04-0125-0320世纪初叶，科学家先后发明了真空二极管和三极管，它代表人类进入了电子技术时代。

随后半导体晶体管和集成电路的出现，将电子技术推向了一个新的时期。

特别是IC芯片的发展，使电子产品越来越趋向于小型化、高速化、数字化。

但同时却给电子设计带来一个新的问题：体积减小导致电路的布局布线密度变大，而同时信号的频率也在迅速提高，如何处理越来越快的信号。

这就是我们硬件设计中遇到的最核心问题：信号完整性。

为什么我们以前在学校学习和电子制作中没有遇到呢？那是因为在模拟电路中，采用的是单频或窄频带信号，我们关心的只是电路的信噪比，没有去考虑信号波形和波形畸变；而在数字电路中，电平跳变的信号上升时间比较长，一般为几个纳秒。

元件间的布线不会影响电路的信号，所以都没有去考虑信号完整性问题。

但是今天，随着GHz时代的到来，很多IC的开关速度都在皮秒级别，同时由于对低功耗的追求，芯片内核电压越来越低，电子系统所能容忍的噪声余量越来越小，那么电路设计中的信号完整性问题就突现出来了。

计算机硬件设计中的信号完整性仿真与分析在计算机硬件设计中，信号完整性仿真与分析起着至关重要的作用。

随着通信速度和数据量的不断增加，设计师需要更加准确地评估信号传输的可靠性，以确保系统的性能和稳定性。

本文将介绍计算机硬件设计中的信号完整性仿真与分析的重要性，并探讨一些常用的方法和工具。

一、引言在计算机硬件设计中，信号完整性是指在信号传输过程中保持信号波形的准确性和稳定性。

由于信号传输路径中存在各种干扰和失真因素，如信号反射、串扰、时序偏差等，这些因素可能导致信号波形的失真，进而影响系统的功能和性能。

因此，设计师需要进行信号完整性仿真与分析，以评估系统中信号的稳定性并优化设计。

二、信号完整性仿真与分析的重要性1. 确保系统的稳定性和可靠性：通过信号完整性仿真与分析，设计师可以在设计阶段发现和解决潜在的信号完整性问题，以确保系统在实际应用中的稳定性和可靠性。

2. 避免信号失真和性能下降：信号的失真可能导致数据传输错误、时序偏差和性能下降等问题。

通过仿真与分析，设计者可以识别和解决导致信号失真的因素，并优化设计以提高系统的性能。

3. 降低开发成本和时间：通过在设计阶段进行仿真与分析，设计者可以在物理样品制造之前发现和解决问题，从而减少重复设计和制造的成本，并缩短开发周期。

三、信号完整性仿真与分析的方法1. 时域仿真：时域仿真是一种常用的仿真方法，通过模拟信号在时间轴上的波形变化来评估信号的传输特性。

设计师可以使用时域仿真工具，如SPICE、HSPICE等，来模拟和分析信号波形的波速、上升时间、下降时间等参数。

2. 频域仿真：频域仿真是一种基于信号频谱特性的仿真方法，通过分析信号的频域特性来评估信号的传输质量。

设计师可以使用频域仿真工具，如ADS、HFSS等，来分析信号的频率响应、频谱线宽、噪声等参数。

3. 边界条件仿真：边界条件仿真是一种重要的仿真方法，可以模拟信号在不同边界条件下的传输特性。

设计师需要使用合适的边界条件来模拟实际应用中的信号传输环境，并评估信号的完整性。

高速PCB设计中信号完整性的仿真与分析经验信号完整性是高速PCB设计中非常重要的考虑因素之一，它涉及到信号的传输特性、功率完整性和噪声抑制等方面。

为了确保良好的信号完整性，需要进行仿真和分析，下面将分享一些经验。

首先，进行信号完整性仿真和分析时，通常会使用电磁场仿真软件，如HyperLynx、ADS和Siemens Polarion等。

这些软件提供了强大的仿真工具，可以模拟高速信号在PCB板层间、连线延迟、反射噪声和交叉耦合等方面的特性。

在进行PCB布线之前，可以使用S参数仿真来预测信号传输损耗和延迟。

S参数仿真可以帮助确定适当的信号线宽和间距，以确保信号在传输过程中不会过多地损耗信号强度。

另外，还可以使用时间域仿真来观察信号的时钟偏移、波形畸变和振荡等问题。

在信号完整性分析中，功率完整性也是一个重要的考虑因素。

为了确保功率供应的稳定性，可以使用直流仿真来模拟电流分布和功率供应网络的负载情况。

同时，也需要考虑布线的阻抗匹配和电源降噪等因素，以确保信号传输过程中的稳定性和可靠性。

噪声抑制是信号完整性另一个重要的方面。

在高速PCB设计中，尤其是在高频电路中，信号可能会受到电磁干扰、串扰和反射等干扰。

为了抑制这些噪声，可以使用串扰仿真来分析信号互相之间的干扰程度，并采取相应的补救措施，如增加地线和电源平面或添加层间抑制器等。

此外，还可以通过仿真来评估不同布线方案的性能。

通过对比仿真结果，可以选择性能最佳的布线方案，以实现更好的信号完整性。

除了进行仿真分析，还应根据实际情况对设计进行优化，如合理布局和分隔模块、减少信号线长度、使用合适的信号线层间堆叠等。

总结起来，信号完整性的仿真与分析在高速PCB设计中起着至关重要的作用。

通过运用合适的仿真工具和技术，可以提前检测和解决信号完整性问题，提高PCB设计的可靠性和性能。

同时，也需要结合实际经验和优化措施，确保设计的有效性和可行性。