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高速高密度PCB的SI问题周胜海;涂友超【摘要】随着数字电子产品向高速高密度发展，SI问题逐渐成为决定产品性能的因素之一，高速高密度PCB设计必须有效应对SI问题。
在PCB级。
影响SI的3个主要方面是互联阻抗不连续引起的反射、邻近互联引起的串扰和逻辑器件开关引起的SSN。
从高速高密度PCB设计的角度，在介绍SI问题的产生的基础上，着重分析了反射、串扰和SSN的机理、特性及对SI的影响。
分析结论对高速高密度PCB设计实践具有参考作用。
%High-speed and high-density is a striking trend of digital electronic products, SI （signal integrity） has key impacts on performance of the products, and it＇s critically important to fix SI problems in high-speed and high-density PCB designs. At the level of PCB, the three main issues of concern for SI are reflections occurring because of interconnect discontinuities, noise induced by neighbouring connections （crosstalk）,andSSN （simuhaneous switching noise） caused by switehing of the digital devices. On the purpose of high-speed and high-density PCB designs, the root cause of SI problems are introduced, and the mechanisms, characteristics, and effects on SI of the three main issues of concem for SI are analyzed. The discussions and conclusions are useful for guiding the high-speed and high-density PCB design practices.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2011(019)017【总页数】4页(P37-40)【关键词】SI;反射;串扰;SSN【作者】周胜海;涂友超【作者单位】信阳师范学院物理与电子工程学院,河南信阳464000;信阳师范学院物理与电子工程学院,河南信阳464000【正文语种】中文【中图分类】TN41;TP33数字电子产品发展快、应用广。
超高压输电线路无线电干扰仿真与分析摘要：利用ANSYS计算导线最大表面场强，在国际公认的激发函数模型基础上，结合表面最大场强计算无线电干扰水平。
以西北地区某750kV超高压交流输电线路为研究对象,计算分析了导线分列数、分裂间距等因素对导线无线电干扰水平的影响，并结合工程实际，从经济性角度考虑，提出合理优化建议，为新建输电线路导线型号的选取提供了有效的技术手段。
关键词：表面场强；输电线路；无线电干扰；ANSYS；激发函数0引言近年来，随着我国电力系统的不断发展，西北地区输电线路距离快速增长，逐渐形成以高铁塔、多分裂导线及同塔多回并架为特征的750kV电力输送主网。
不断提高的电压等级为特高压输电带来了电晕效应问题。
超高压输电线路电晕放电会产生高频磁场，其频率小于30MHz，涵盖了535～1605kHz的广播调幅频段，对正常的无线电通信产生干扰，影响输电线路周围居民无线电广播的收听和电视的收看等。
当导线表面场强>14kV/cm时，导线电晕成为无线电干扰的主要因素。
对于750kV的交流输电线路，导线表面场强一般都大于14kV/cm，所以本文分析导线电晕电流引起的无线电干扰(RI)情况。
线路的无线电干扰由导线、绝缘子或线路金具等的电晕放电或接触不良而产生的火花放电导致的电流脉冲注入导线形成。
其大小与线路参数、电压等级及气候环境有关。
国际无线电干扰特别委员会（CISPR）推荐的无线电干扰计算方法有工程法和激发函数法。
工程法一般用于单回、分裂数不大于4的线路；激发函数法一般用于多回、分裂数大于4的线路，他是导线表面最大电场强度与导线半径的函数。
因此，导线表面场强是无线电干扰计算的基础性数据，其数值的准确度直接影响杆塔和线路的合理布置与选型，应尽可能可能精确计算方法。
本文结合实际情况，以西北地区某750kV超高压交流输电线路为研究对象，采用有限元分析软件ANSYS仿真计算导线表面场强，并基于激发函数法推导了0.5MHz条件下基于激发函数法的无线电干扰计算。
高速铁路通信信号的仿真与实验研究引言：随着高速铁路的迅猛发展，通信信号的传输质量对于列车运行安全以及旅客通信需求的满足变得至关重要。
因此，对高速铁路通信信号的仿真与实验研究具有重要意义。
本文将探讨高速铁路通信信号的特点、仿真建模方法以及实验研究的重要性。
高速铁路通信信号的特点：高速铁路通信信号与传统的移动通信信号存在一些显著的差异。
关键特点如下：1. 高速度：高速铁路列车以每小时几百公里的速度运行，因此通信信号传输需要快速且稳定。
2. 多路径衰落：高速列车运行时，会经过隧道、山区和高楼等地形，导致信号传输会经历多路径衰落的现象。
3. 高速移动：高速列车的移动速度非常快，因此通信信号需要与列车保持良好的同步。
4. 多用户：高速列车上的乘客数量众多，对通信网络带宽的要求较高。
仿真建模方法：仿真建模是研究高速铁路通信信号的重要手段，下面介绍几种常用的仿真建模方法：1. 射线跟踪技术：射线跟踪技术是一种常用的电磁波传播仿真技术，它通过计算电磁波在不同介质中的传播路径，模拟真实环境中的信号传输效果。
2. 大规模仿真：大规模仿真是一种通过在计算机上建立高速铁路通信信号的仿真模型，模拟高速列车的运行轨迹以及通信信号的传输路径，以分析信号强度和传输延迟等参数。
3. 车载台移动仿真：通过在列车上搭载信号发射器和接收器，并利用GPS和地面基站网络进行通信信号的测试与仿真，以模拟车载台在高速铁路上的通信性能。
实验研究的重要性：实验研究对高速铁路通信信号的性能评估和改善具有重要意义，以下是几个方面的重要性：1. 信号覆盖评估：实验研究可以通过在实际场景中进行覆盖测试和强度测量，评估通信信号的覆盖范围和信号强度，并提供针对性的改进措施。
2. 传输延迟评估：高速列车通信信号的传输延迟对于通信质量至关重要，通过实验研究可以测量信号传输的延迟时间，为延迟控制和优化提供依据。
3. 多路径干扰分析：高速铁路通信信号在复杂环境中传输时会受到多路径衰落和干扰的影响，实验研究可以深入了解多路径干扰的特点，设计相应的解决方案。
如何从仿真的世界看串扰串扰是怎么产生的随着技术的飞速发展，电子产品的而尺寸越来越小，数据的传输速度却越来越高。
普通消费类电子产品的PCB电路板很多至少是四层、六层甚至更多层。
当信号沿传输线传播时，信号路径和返回路径之间将产生电力线，围绕在信号路径周围就会产生非常丰富的电磁场。
这些延伸出去的场也称为边缘场，边缘场将会通过互容与互感转化为另一条传输线上的能量。
而串扰的本质，其实就是传输线之间的互容与互感。
串扰可以分成两部分，一部分与信号传输方向相同，传至接收端方向，我们把它叫做远端串扰或者前向串扰。
另一部分与信号传输方向相反，传至发送端方向，我们把它叫做近端串扰或者后向串扰。
近端串扰和远端串扰是由传输线的物理结构而决定的，显然在信号的传递过程中近端会首先受到干扰，并且持续的时间比较长，达到传输线的2倍；远端串扰需要经过一段传输线的延时之后才会受到干扰。
下图是我们通过仿真获得的近端串扰和远端串扰的波形图。
近端串扰和远端串扰波形串扰与哪些因素有关？知道了串扰是怎么产生的，我们就可以明白哪些设计会影响串扰。
影响串扰的设计因素主要有以下几个方面：1.线间距：信号路径之间的距离越近，串扰越明显，随着线间距的增大，无论是近端还是远端串扰都将减小，当线间距大于等于线宽的3倍时串扰已经很小。
三倍线宽是工程师们信心的来源，在三倍线宽条件下，串扰基本可以忽略。
2.信号变化程度：信号瞬间变化会带来明显磁场效应。
信号的上升沿/下降沿越陡峭，串扰越明显。
3.介质层厚度：这里的介质厚度是指信号到参考层距离。
介质层厚度的变化会导致串扰的变化。
一般情况下，介质层厚度越小，串扰越小。
串扰的指标传统电子产品设计中，很少对串扰有明确的要求，一般只是笼统的对噪声有一个要求，比如噪声不要超过信号幅度的3%、5%、10%等等。
这是最直接的，但是很多时候，直接分析噪声幅度工程师们无法分析这些噪声来自于哪里。
随着技术的发展，各类接口总线的速率越来越高，同时，设计的要求也变得越来越多，比如很多总线中对串扰就有明确的要求，不仅仅有频域的噪声要求，还会有时域的要求。
高速数字电路的设计与仿真高速数字系统设计成功的关键在于保持信号的完整，而影响信号完整性(即信号质量)的因素主要有传输线的长度、电阻匹配及电磁干扰、串扰等。
设计过程中要保持信号的完整性必须借助一些仿真工具，仿真结果对PCB布线产生指导性意见，布线完成后再提取网络，对信号进行布线后仿真，仿真没有问题后才能送出加工。
目前这样的仿真工具主要有cadence、ICX、Hyperlynx等。
Hyperlynx 是个简单好用的工具，软件中包含两个工具LineSim和BoardSim。
LineSim用在布线设计前约束布线和各层的参数、设置时钟的布线拓扑结构、选择元器件的速率、诊断信号完整性，并尽量避免电磁辐射及串扰等问题。
BoardSim用于布线以后快速地分析设计中的信号完整性、电磁兼容性和串扰问题，生成串扰强度报告，区分并解决串扰问题。
作者使用LineSim工具，对信号的阻抗匹配、传输线的长度、串扰进行了仿真分析，并给出了指导性结论。
阻抗匹配高速数字信号的阻抗匹配非常关键，如果匹配不好，信号会产生较大的上冲和下冲现象，如果幅度超过了数字信号的阈值，就会产生误码。
阻抗匹配有串行端接和并行端接两种，由于串行端接功耗低并且端接方便，实际工作中一般采用串行端接。
以下利用Hyperlynx仿真工具对端接电阻的影响进行了分析。
以74系列建立仿真IBIS模型如图1所示。
仿真时选择一个发送端一个接收端，传输线为带状线，设置线宽0.2mm和介电常数为4.5(常用的FR4材料)，使传输线的阻抗为51.7Ω。
设置信号频率为50MHz的方波，串行端接电阻Rs分别取0Ω、33Ω和100Ω的情况，进行仿真分析，仿真结果如图2所示。
图中分别标出了匹配电阻是0Ω、33Ω、100Ω时接收端的信号波形。
从波形看出，0Ω时波形有很大的上冲和下冲现象，信号最差；100Ω时信号衰减较大，方波几乎变成了正弦波；而匹配电阻是33Ω时波形较好。
理想的匹配电阻值，可以利用软件的terminatorWizard工具，自动根据器件的参数模型算出最佳匹配电阻为33.6Ω，实际应用中可以选用33Ω。
在高速（>100MHz）高密度PCB设计时需要注意
串扰的几个方面
在电路板尺寸固定的情况下，如果设计中需要容纳更多的功能，就往往需要提高PCB的走线密度，但是这样有可能导致走线的相互干扰增强，同时走线过细也使阻抗无法降低，请介绍在高速（>100MHz）高密度PCB设计中的技巧？
在设计高速高密度PCB时，串扰(crosstalk interference)确实是要特别注意的，因为它对时序(timing)与信号完整性(signal integrity)有很大的影响。
以下提供几个注意的地方：
1.控制走线特性阻抗的连续与匹配。
2.走线间距的大小。
一般常看到的间距为两倍线宽。
可以透过仿真来知道走线间距对时序及信号完整性的影响，找出可容忍的最小间距。
不同芯片信号的结果可能不同。
3.选择适当的端接方式。
高速信号串扰及抑制方法在现代社会中，高速信号串扰已成为一种普遍存在的问题。
随着电子设备的普及和网络通信的发展，人们对高速信号传输的需求越来越迫切，但同时也面临着信号串扰带来的干扰和质量下降的挑战。
为了解决这一问题，工程师们提出了各种方法来抑制高速信号串扰，以保障信号的传输质量和稳定性。
首先，理解高速信号串扰的原理是解决问题的第一步。
高速信号串扰是指在信号传输过程中，由于信号线之间或电磁场之间的相互影响，导致信号质量下降或干扰增加的现象。
主要的原因包括信号线之间的交叉耦合、电磁场的干扰和信号与地线的不平衡等。
针对不同原因导致的信号串扰，需要采取不同的抑制方法。
其次，对于交叉耦合引起的信号串扰，通常采用物理隔离的方式来进行抑制。
可以通过增加信号线之间的距离、使用屏蔽罩或屏蔽绝缘体等方法来减少信号线之间的相互影响，从而降低串扰的程度。
此外，还可以采用差分信号传输技术，通过在信号线搭配一对反相的信号来抵消串扰效应，提高信号传输的稳定性。
另外，对于电磁场干扰引起的信号串扰，可以采取屏蔽、滤波等方法进行抑制。
通过在信号线周围包裹屏蔽罩或使用屏蔽线缆来减少外部电磁场对信号传输的影响，提高信号的抗干扰能力。
同时，可以在信号源和接收端之间添加滤波器，消除高频电磁干扰信号，从而保证信号传输的稳定性和准确性。
最后，对于信号与地线不平衡引起的串扰问题，可以采用平衡传输技术来进行抑制。
平衡传输技术通过同时传输正负两个相同大小但反向的信号，使信号与地线的电平相对来说保持平衡，从而减少串扰的影响。
此外，还可以通过增加接地电阻、改善接地结构等方法来提高信号与地线的平衡性，进一步减少串扰的发生。
总的来说，高速信号串扰是一个普遍存在的问题，影响着信号传输的质量和稳定性。
针对不同原因引起的串扰，工程师们提出了各种抑制方法，包括物理隔离、屏蔽、滤波和平衡传输等技术。
通过理解信号串扰的原理和采取相应的抑制措施，可以有效提高信号传输的质量和稳定性，满足人们对高速信号传输的需求。
高速信号仿真与分析的技术与方法随着计算机技术的不断发展，现代电子设备的性能和速度越来越快，高速信号仿真技术得到了越来越广泛的应用。
在电子产品设计和制造中，高速信号传输已经成为越来越重要的关键技术之一。
高速电路的设计和优化对于实现高速信号传输和稳定性至关重要。
因此，高速信号仿真分析技术成为了电子产品设计制造过程中不可缺少的重要环节。
一、高速信号仿真分析技术的作用在电路设计阶段，一个好的仿真分析工具不仅能够提高工作效率，更能够良好地评估电路的性能和稳定性。
仿真分析工具可以对电路进行迭代和验证，这样可以保证电路性能的有效性以及稳定性的可靠性。
目前，在高速信号仿真领域中，常见的仿真分析工具主要有SPICE、IBIS、HSPICE等。
这些工具的好处在于能够帮助设计师对高速信号传输进行仿真分析，提前发现不稳定现象，减少因规格不足而导致的问题。
二、高速信号仿真分析技术的发展随着高速信号技术的不断发展，高速信号仿真技术得到了越来越广泛的应用。
在电路设计和优化的过程中，仿真分析工具变得越来越必要。
由于高速信号技术的复杂性和多变性，仿真分析工具也在不断发展，不断引入新的特性和功能。
这些新的特性可以帮助设计人员更好地进行电路仿真分析和优化设计，提高电路的性能和稳定性。
三、高速信号仿真分析技术的优势和限制目前，高速信号仿真技术有一些明显的优势和限制。
首先，高速信号仿真技术可以提供有效的验证和验证结果，帮助设计人员分析电路的性能和稳定性。
其次，高速信号仿真技术是高效的工具，可以帮助团队在时间上抢先一步。
然而，高速信号仿真技术的局限性也很明显，需要花费大量的时间和精力进行仿真分析和优化设计，特别是在处理应用于极端条件下的高速信号仿真分析时，更需要全面的工程师技能。
此外，仿真分析中的误差和不确定性也是很难避免的。
因此，在进行仿真分析时，需要适当的技术支撑和实际经验。
四、高速信号仿真分析技术的未来发展当前，随着计算机和电子技术的不断发展，高速信号仿真技术也在不断进步。
