信号完整性分析讲稿3讲

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。

篇一：信号完整性分析--信号反射信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。

对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号所感受到的只有阻抗。

如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，不论是什么引起的（可能是中途遇到的电阻，电容，电感，过孔，PCB转角，接插件），信号都会发生反射。

那么有多少被反射回传输线的起点？衡量信号反射量的重要指标是反射系数，表示反射电压和原传输信号电压的比值。

反射系数定义为：ρ= Z2Z1。

其中：Z1为变化前的阻 Z2Z1抗，Z2为变化后的阻抗。

假设PCB线条的特性阻抗为50欧姆，传输过程中遇到一个100欧姆的贴片电阻，暂时不考虑寄生电容电感的影响，把电阻看成理想的纯电阻，那么反射系数为：ρ=100501，信号有1/3被反射回源端。

如果传输信号的电压是3.3V电压，100503反射电压就是1.1V。

纯电阻性负载的反射是研究反射现象的基础，阻性负载的变化无非是以下四种情况：阻抗增加有限值、减小有限值、开路（阻抗变为无穷大）、短路（阻抗突然变为0）。

阻抗增加有限值：反射电压上面的例子已经计算过了。

这时，信号反射点处就会有两个电压成分，一部分是从源端传来的3.3V电压，另一部分是在反射电压1.1V，那么反射点处的电压为二者之和，即4.4V。

阻抗减小有限值：仍按上面的例子，PCB线条的特性阻抗为50欧姆，如果遇到的电阻是30欧姆，则反射系数为ρ=3050=-0.25，反射电压为3.3*（-0.25）V= -0.825V。

此时反射点电压为3.3V+3050（-0.825V）=2.475V。

开路：开路相当于阻抗无穷大，反射系数按公式计算为1。

即反射电压3.3V。

反射点处电压为6.6V。

可见，在这种极端情况下，反射点处电压翻倍了。

短路：短路时阻抗为0，电压一定为0。

按公式计算反射系数为-1，说明反射电压为-3.3V，因此反射点电压为0。

1、信号完整性的含义................................................................................................................ - 1 -2、一种新的产品设计方法学.................................................................................................... - 2 -3、测量的作用 ........................................................................................................................... - 3 -4、带宽和上升时间的关系........................................................................................................ - 3 -5、用阻抗描述信号完整性........................................................................................................ - 4 -6、方块电阻 ............................................................................................................................... - 4 -7、去耦电容 ............................................................................................................................... - 4 -8、单位长度电容 ....................................................................................................................... - 4 -9、电源分布系统和回路电感.................................................................................................... - 5 -10、信号 ..................................................................................................................................... - 5 -11、传输线的阻抗...................................................................................................................... - 5 -12、信号的返回路径.................................................................................................................. - 7 -13、地弹噪声 ............................................................................................................................. - 7 -14、特性阻抗与频率的关系...................................................................................................... - 7 -15、信号的反射 ......................................................................................................................... - 8 -16、传输线的串扰...................................................................................................................... - 8 -17、近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)............................................................................... - 8 -18、近端串扰 ............................................................................................................................. - 9 -19、远端串扰 ............................................................................................................................. - 9 -20、减小远端串扰的原则：.................................................................................................... - 10 -21、串扰和时序 ....................................................................................................................... - 11 -22、开关噪声 ........................................................................................................................... - 11 -关于信号完整性1、信号完整性的含义信号完整性是指在高速产品中由互连线引起的所有问题。