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PCB设计中的数据完整性技术PCB（Printed Circuit Board）设计中的数据完整性技术是确保信号传输的精确性、可靠性和稳定性的关键。
在当今高速电子设备的发展中，PCB设计中的数据完整性问题变得越来越重要。
本文将介绍几种常见的数据完整性技术，并探讨它们在PCB设计中的应用。
一、信号完整性的重要性在现代电子设备中，信号传输速率越来越快，通信距离也越来越长。
高速信号传输对于设备的性能和稳定性至关重要。
因此，确保信号的完整性成为了PCB设计的关键问题。
信号完整性的主要目标是解决信号的失真、串扰和延迟等问题。
信号失真会导致数据传输错误、时序问题，而信号串扰则可能干扰到其他信号线，甚至导致整个电路的故障。
同时，信号的延迟也会影响信号的稳定传输。
二、数据完整性技术介绍1.电磁兼容性（EMC）设计技术电磁兼容性是指电子设备在共存于同一电磁环境中时，不被其他设备的辐射或导入干扰。
在PCB设计中，采用合适的电磁屏蔽技术和电磁辐射控制技术，可以降低信号串扰和噪声干扰，提升数据传输的可靠性。
2.差分信号传输技术差分信号传输是一种通过两个信号线同时传输信号，以减少干扰和提高抗噪声能力的技术。
在差分信号传输中，一个信号线为正极性信号线，另一个为负极性信号线，信号通过它们的差值来表示。
差分信号传输技术可以有效地提高信号的抗干扰能力和传输质量。
3.电源和地线设计技术电源和地线设计是确保电路稳定工作的基础。
合理设计电源和地线布局，可以减少信号回流路径，降低电磁辐射和串扰噪声。
采用分层的电源平面和良好的地线布线策略，可以提供低阻抗的电源和地线路径，从而提高信号的完整性。
4.串行信号完整性技术在高速通信中，串行信号传输成为主流。
串行信号完整性技术主要包括预留信号完整性（SSO）、击穿电压（Breakdown Voltage）和串扰等方面的设计。
通过正确设计布线、选择合适的电容、阻抗匹配和信号层分离等技术手段，可以降低信号衰减、串扰和时延等问题。
在高速pcb的线路设计中,信号的参考平面摘要：1.高速PCB线路设计简介2.信号参考平面的作用3.参考平面选取原则4.参考平面设计注意事项5.总结正文：高速PCB线路设计是现代电子工程技术中的一项重要技能，它使得电子设备能够在有限的空间内实现更高的功能和性能。
在高速PCB线路设计中，信号的参考平面起着至关重要的作用。
本文将详细介绍信号参考平面的作用、选取原则以及设计注意事项。
一、高速PCB线路设计简介高速PCB线路设计是指在有限的空间内，利用高速信号线、电源线、地线等元素，实现高速、高频、高密度的电子设备。
在这种设计中，信号的传输速度、传输损耗以及信号完整性等问题尤为关键。
因此，合理选择和设计参考平面对于保证信号质量具有重要意义。
二、信号参考平面的作用1.减小信号反射：参考平面可以有效地减小信号在传输过程中的反射，提高信号的传输质量。
2.抑制干扰：参考平面可以抑制高频干扰、噪声等对信号的干扰，提高信号的纯净度。
3.均衡阻抗：参考平面可以平衡信号传输线上的阻抗，降低信号的传输损耗。
4.提高信号完整性：参考平面有助于保持高速信号的完整性，避免信号失真和误码。
三、参考平面选取原则1.材质选择：通常选择相对介电常数较低、介质损耗角正切值较小的材料作为参考平面。
2.厚度选择：参考平面的厚度应与信号传输线的厚度相匹配，以减小信号的反射和传输损耗。
3.位置选择：参考平面应尽可能地靠近高速信号线，以提高信号的传输质量和完整性。
四、参考平面设计注意事项1.避免大开角走线：大开角走线会导致参考平面与传输线之间的耦合增强，进而影响信号质量。
2.避免走线跨越：参考平面上的走线不应跨越其他信号走线，以免产生电磁干扰。
3.保持参考平面连续性：在设计过程中，确保参考平面在整个PCB区域内的连续性，以提高信号完整性。
4.注意参考平面与电源、地平面的连接：合理设置参考平面与电源、地平面的连接位置，以降低电磁干扰。
五、总结高速PCB线路设计中，信号参考平面对于保证信号质量、提高信号完整性和抑制干扰具有重要意义。
电气工程中的信号完整性分析在当今高度数字化和信息化的时代，电气工程领域的发展日新月异。
从智能手机到超级计算机，从医疗设备到航空航天系统，电子设备在我们的生活中无处不在。
而在这些复杂的电子系统中，信号完整性成为了确保设备性能稳定、可靠运行的关键因素。
信号完整性，简单来说，就是指信号在传输过程中保持其准确性、完整性和及时性的能力。
如果信号在传输过程中出现失真、衰减、反射、串扰等问题，就可能导致系统性能下降、误码率增加、甚至系统故障。
因此，对电气工程中的信号完整性进行深入分析和研究具有极其重要的意义。
首先，让我们来了解一下信号完整性问题产生的原因。
信号在传输线上传播时，会遇到各种阻抗不匹配的情况。
比如，当信号从驱动源输出，经过传输线到达负载时，如果驱动源的输出阻抗、传输线的特性阻抗和负载的输入阻抗不匹配，就会引起信号的反射。
反射的信号会与原信号叠加，导致信号波形失真。
此外，相邻传输线之间的电磁耦合会产生串扰，使得相邻信号之间相互干扰。
同时，传输线的损耗会导致信号的衰减，从而影响信号的强度和质量。
为了分析信号完整性问题，我们需要一些重要的工具和技术。
时域反射计（TDR）就是其中之一。
TDR 可以通过向传输线发送一个快速上升的脉冲，并测量反射回来的脉冲，来确定传输线中的阻抗不连续点和故障位置。
另一个常用的工具是示波器，它可以直观地显示信号的波形，帮助我们观察信号的失真、噪声等问题。
此外，还有一些仿真软件，如ADS、HFSS 等，可以在设计阶段对电路进行建模和仿真，预测可能出现的信号完整性问题，并提前采取优化措施。
在实际的电气工程应用中，信号完整性问题在高速数字电路中尤为突出。
随着数字信号的频率不断提高，信号的上升时间和下降时间变得越来越短，这对信号传输的要求也越来越高。
例如，在计算机主板上，高速的总线信号需要在严格的时序要求下进行传输，如果出现信号完整性问题，可能会导致数据传输错误，影响计算机的性能。
在通信系统中，高速的射频信号也需要保持良好的完整性，以确保信号的质量和传输距离。
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。
《DDR4高速并行总线的信号完整性仿真分析》篇一一、引言随着科技的快速发展，电子系统的数据传输速率和数据处理能力需求不断提高。
在众多数据传输技术中，DDR4（第四代双倍速率动态随机存取存储器）以其高速并行传输的特点被广泛应用。
然而，随着数据传输速率的增加，信号完整性的问题变得日益突出。
因此，对DDR4高速并行总线的信号完整性进行仿真分析显得尤为重要。
本文将详细探讨DDR4高速并行总线的信号完整性仿真分析的方法和结果。
二、DDR4高速并行总线概述DDR4是一种同步动态随机存取存储器，其数据传输速率远高于前几代产品。
它采用并行传输的方式，通过多条数据线同时传输数据，大大提高了数据传输效率。
然而，随着数据传输速率的增加，信号的衰减、反射、串扰等问题也逐渐凸显出来，影响了信号的完整性。
三、信号完整性仿真分析方法为了确保DDR4高速并行总线能够稳定、高效地传输数据，我们采用了信号完整性仿真分析的方法。
这种方法通过对总线系统进行建模，模拟实际工作情况下的信号传输过程，从而预测和分析可能出现的信号完整性问题。
1. 建模与仿真：首先，我们根据DDR4总线的实际结构和工作原理，建立了详细的物理模型。
然后，利用仿真软件对模型进行仿真，模拟信号在总线上的传输过程。
2. 信号衰减分析：在仿真过程中，我们重点关注信号的衰减情况。
通过分析信号在传输过程中的幅度变化，我们可以了解信号的衰减程度和原因。
3. 反射与串扰分析：除了信号衰减外，我们还关注信号的反射和串扰问题。
通过仿真分析，我们可以找出反射和串扰的来源，并采取相应的措施进行优化。
4. 时序分析：时序是高速总线设计中另一个关键因素。
我们通过仿真分析时序参数，确保数据的正确传输和接收。
四、仿真结果与分析通过仿真分析，我们得到了以下结果：1. 信号衰减：在高速传输过程中，信号的衰减是不可避免的。
然而，通过优化电路设计和采用适当的匹配措施，我们可以有效地减小信号的衰减程度。
高速数字系统设计2006年2月22日第一章基本知识1-1 信号与信号完整性（Signal Integrity）1-2 频率与时间1-3 时间与距离1-4 -3dB频率与上升时间1-5 集总系统与分布系统1-6 四种电抗1-7 高速数字系统中的电阻、电容和电感元件中国科大快电子学安琪21-2 频率与时间电路元件的参数是对频率敏感的，在不同的频率范围内会表现出来不同的特性。
任何一种电参数，其数值仅在一定的频率范围内有效。
某参数f中国科大快电子学安琪3几种无源元件的阻抗中国科大快电子学安琪4考虑两个极端情况：1. 一个频率为10-12的正弦波波形变化一个周期需要3万年。
若输入到TTL电路，其输出电压每天变化不到1µV。
任何一个包含这样低频率的半导体器件的试验都会以失败而告终。
在这样长的时间尺度来看，集成电路只是一小块氧化硅。
2. 一个频率为1012的正弦波信号周期为1ps，数字电路根本无法响应这个频率的信号。
一些电路参数发生变化。
如地线的电阻由于趋肤效应由0.01Ω（1KHz）变为1Ω，并且还获得50Ω的感应电抗。
中国科大快电子学安琪5中国科大快电子学安琪6到底多高的频率会影响到高速数字电路的设计呢？要处理的高速数字信号的频带宽度是多少？中国科大快电子学安琪7频域'时域频域中的每个谐波分量都是时域中定义在t ＝－∞到＋∞上的正弦波。
将所有频率的正弦波在时域中的每个时间点上进行叠加，就可以得到时域中的波形。
任何一个时域的信号，都可以用一系列相应的正弦波叠加而成。
中国科大快电子学安琪8频域时域0次＋1次谐波0次＋1次＋3次谐波叠加比较：频域 时域叠加比较：随着参与叠加的谐波分量的增加，方波的顶端更平滑，上升时间更短，越接近理想方波。
对于实际的波形，包含的谐波分量越多，或者说信号带宽越高，信号的上升时间就越小。
带宽的概念本身是一个近似。
中国科大快电子学安琪9要解决的问题考虑信号带宽的定义，或者说找到一个谐波分量，其上更高的谐波分量对信号的近似的影响可以忽略。
在高速数字系统中，由于脉冲上升/下降时间通常在10到几百p秒，当受到诸如内连、传输时延和电源噪声等因素的影响，从而造成脉冲信号失真的现象；在自然界中，存在着各种各样频率的微波和电磁干扰源，可能由于很小的差异导致高速系统设计的失败；在电子产品向高密和高速电路设计方向发展的今天，解决一系列信号完整性的问题，成为当前每一个电子设计者所必须面对的问题。
业界通常会采用在PCB制板前期，通过信号完整性分析工具尽可能将设计风险降到最低，从而也大大促进了EDA设计工具的发展……信号完整性（Signal Integrity，简称SI）问题是指高速数字电路中，脉冲形状畸变而引发的信号失真问题，通常由传输线阻抗不匹配产生的问题。
而影响阻抗匹配的因素包括信号源的架构、输出阻抗(output impedance)、走线的特性阻抗、负载端的特性、走线的拓朴(topology)架构等。
解决的方式可以采用端接(termination)与调整走线拓朴的策略。
信号完整性问题通常不是由某个单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同作用的结果。
信号完整性问题主要表现形式包括信号反射、信号振铃、地弹、串扰等；1，Altium Designer信号完整性分析（机理、模型、功能）在Altium Designer设计环境下，您既可以在原理图又可以在PCB编辑器内实现信号完整性分析，并且能以波形的方式在图形界面下给出反射和串扰的分析结果。
Altium Designer的信号完整性分析采用IC器件的IBIS模型，通过对版图内信号线路的阻抗计算，得到信号响应和失真等仿真数据来检查设计信号的可靠性。
Altium Designer的信号完整性分析工具可以支持包括差分对信号在内的高速电路信号完整性分析功能。
Altium Designer仿真参数通过一个简单直观的对话框进行配置，通过使用集成的波形观察仪，实现图形显示仿真结果，而且波形观察仪可以同时显示多个仿真数据图像。
信号完整性分析及测试讨论议题信号完整性定义高速数字电路的常见问题及现象串行差分信号完整性(以最新的PCI-EXPRESS为例)信号完整性测试（DSO及探棒的选择等）信号完整性定义SI （SIGNAL INTEGRITY ），即信号完整性，是近几年发展起来的新技术。
SI 解决的是信号传输过程中的质量问题，尤其是在高速领域，数字信号的传输不能只考虑逻辑上的实现，物理实现中数字器件开关行为的模拟效果往往成为设计成败的关键败的关键。
111理想状态下的数字信号波形实际测量的数字信号波形(模拟量)Logic Signal +5 Volt S Logic Signal+5 Volt S Supply GroundSupply GroundSI：新概念，旧方法应用的是传统的传输线、电磁学等理论，以及复杂的SI应用的是传统的传输线电磁学等理论以及复杂的算法，解决以下几个方面的问题：反射；串扰；***过冲、振铃、地弹、多次跨越逻辑电平错误；*阻抗控制和匹配*EMC；*热稳定性；**时序分析芯片封装设计； 。
影响信号完整性的因素PCB层设置、PCB材料影响传输线特性阻抗等，间接影响信号完整性；线宽、线长、线间距在高速、高密度PCB设计中对信号完整性影响较大；温度、工艺等对设计参数的影响，间接影响信号完整性；器件工作频率、速度、驱动能力、封装参数等对信号质量有一定的影响；多负载拓扑结构对信号完整性产生较大的影响；阻抗匹配、负载；电源、地分割；趋肤效应；回流路径；连接器；过孔；电磁辐射；。
可见，信号完整性设计的考虑因素是多方面的，设计中应把握主要方面，减少不确定性，以下是一些常见的信号完整性现象及其产生的原因简析：常见的信号完整性现象及其产生的原因电平没有达到逻辑电平门限负载过重 传输线过长电平不匹配 驱动速度慢多次跨越逻辑电平阈值错误电感量过大 阻抗不匹配(Propagation Delay)信号建立时间不满足延时错误(p g y)信号建时间不满足 负载过重传输线过长驱动速度慢上冲/下冲高速、大电流驱动 阻抗未匹配电感量过大常见的信号完整性现象及其产生的原因振铃（不单调）传输线过长串扰多负载阻抗不匹配常见的信号完整性现象及其产生的原因昏睡的眼图原因很多：阻抗不连续，损耗…什么时候需要考虑信号完整性？200KHZ的信号是否为高速信号小问题：的信号是否为高速信号？高速电路有两个方面的含义：一是频率高，通常认为如果数字逻辑电路设计的频率达到或者超过20MHz~33MHz，而且工作在这个频率的电路已经占整个电子系统一定的份量（例如三分之一），则称为高速电路设计。
利用基于电磁场分析的设计软件来选择和放置去耦电容用以能够减小电源和地之间的开关噪声。
高速PCB 板的电源信号完整性和地弹仿真随着信号边沿速率变得更快，今天的高速数字PCB 板设计者们遇到了几年前从未曾想到的问题。
在信号边沿速率小于1ns 时，PCB 板的电源/地层之间的电压会在整个层之间呈现不均匀分布状态，可能会影响供给集成芯片的电压，导致出现逻辑错误。
为了保证高速器件的正确运行，你必须排除电压的变化，保持正确的低阻供电路径。
为了达到这个目标，你必须放置去耦电容来减小高速信号在电源和地层之间产生的噪声。
因此，你必须知道需要使用的电容个数、电容大小和放置的位置。
因为你可能要根据电路板的实际情况加入大量的电容器，因此，这些细节可能成为决定板子设计成功与否的重要因素。
试凑是很耗时和代价昂贵的，经常导致过度设计，这会增加不必要的制造成本。
利用软件工具来分析和优化电路板设计和进行板的实时仿真，会提供一种更实用的方式来进行对多种可能使用电压板配置进行选择。
这篇文章利用Ansoft 的SIwave 软件阐述了用于光纤-光/宽带-无线网络的xDSM （密集-副载波-多路复用）板的这一过程，SIwave 软件是一种全波的，基于有限元法的仿真工具，它由一些设计工具中引入板图设计，如Cadence 的Allegro ，Mentor Graphics Board Station ，Synopsys Encore 和Zuken CR-5000 Board Designer 。
图1表示了在SIwave 中的电路板设计。
因为PCB 板的结构是平面的，SIwave 能够有效的进行深入分析。
输出参数包括了板的谐振、阻抗、所选网络的S 参数和spice 的模型。
图1xDSM 板的整个尺寸，也就是电源和地层的尺寸是2.711×in.（cm 3.1828×）。
电源和地层都采用了1.4mil 厚的铜层，它们之间被23.98mil 厚的介质衬底分开。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
ADS信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计ADS（Advanced Design System）是一种强大的电子设计自动化（EDA）软件，用于电路和系统级设计。
在电路设计中，信号完整性（SI）和电源完整性（PI）是非常重要的因素。
因此，进行ADS信号完整性和电源完整性的仿真分析与设计是必不可少的。
信号完整性是指在高速数字信号传输的过程中，保持信号的完整性，避免信号的损失和失真。
电源完整性是指在高速数字电路中，保持电源电压稳定和电源噪声控制在可接受的范围内。
信号完整性和电源完整性在高速数字设计中相互影响，因此需要进行综合的仿真分析和设计。
首先，进行ADS信号完整性仿真分析与设计。
在进行信号完整性仿真时，主要考虑以下因素：1.传输线特性：对于高速信号传输，传输线特性是非常重要的。
可以通过ADS中的传输线模型来模拟传输线参数，如阻抗、延迟等。
通过仿真分析传输线的特性，可以确定合适的传输线设计参数。
2.反射和串扰：在高速信号传输过程中，反射和串扰是常见的问题。
可以通过ADS中的S参数仿真来分析信号的反射和串扰情况。
根据仿真结果，可以进行线路调整和匹配设计，减少反射和串扰产生的影响。
3.功耗和功耗分布：在高速数字设计中，功耗和功耗分布对信号完整性有着重要的影响。
可以通过仿真分析电路的功耗和功耗分布，根据仿真结果进行优化设计，提高信号完整性。
同时，进行ADS电源完整性仿真分析与设计。
在进行电源完整性仿真时，主要考虑以下因素：1.电源电压稳定：在高速数字电路中，电源电压的稳定性对电路性能有着重要的影响。
可以通过ADS中的电源仿真模块来分析电源电压的稳定性，并根据仿真结果进行电源电路设计和优化。
2.电源噪声：在高速数字电路中，电源噪声是一个常见的问题。
可以通过ADS中的噪声仿真模块来分析电源噪声的影响，并根据仿真结果进行滤波器设计和优化，降低电源噪声对电路性能的影响。
3.电源供电线路：在进行电源完整性设计时，还需要考虑电源供电线路的设计。
电子设计中的高速数字电路布局规范在电子设计中，高速数字电路的布局规范至关重要。
高速数字电路指的是运行频率较高的数字电路，如DDR、PCIe等。
良好的电路布局可以有效地减少信号干扰、提高抗干扰能力和信号完整性，从而确保系统的稳定性和性能。
首先，高速数字电路的布局应遵循短、直、宽的设计原则。
即信号线应尽量短而直，布线路径应尽量简单，宽度应足够以减小阻抗。
信号线的长度过长或过弯会增加信号传输延迟和信号失真的可能性，因此需要尽量保持信号路径短小直接，减小信号传输时间。
其次，差分信号需要保持匹配和平衡。
在高速数字电路中，常常使用差分信号传输以减少共模干扰。
因此，差分信号的布局需要保持匹配和平衡，保证两个信号线的长度、走线路径和阻抗一致。
这样可以有效减少差分信号中的串扰和互相影响，提高信号传输的可靠性。
另外，地线和电源线的设计也是关键。
地线是整个系统的参考平面，电源线提供电源稳定。
在高速数字电路的布局中，地线和电源线的设计需要考虑到布局的整体连续性和稳定性。
地线应当与信号线、电源线等按照规范的方式布局，减少地回流路径，避免产生回流环。
电源线需要保持平衡和稳定，减少互相干扰。
此外，高速数字电路的布局要考虑到信号分层。
不同信号的分层布局可以减少信号之间的干扰，提高信号传输的可靠性。
一般来说，高速信号应该位于内层，而低速信号和电源线应该位于外层。
这样可以有效减少信号之间的干扰，提高系统的性能。
最后，布局时需要注意信号的走规则。
信号布线应尽量避免直角走线、T型走线和十字交叉。
直角走线和T型走线会导致信号的反射和折射，增加信号的传输延迟和失真，十字交叉会引起信号串扰。
因此，在高速数字电路的布局中应该避免这些走规则，采用弧形走线或45度斜线走线方式。
总的来说，高速数字电路的布局规范对于系统的稳定性和性能至关重要。
通过遵循短、直、宽的设计原则，保持差分信号的匹配和平衡，合理设计地线和电源线，考虑信号的分层布局，避免信号走规则等方法，可以有效提高系统的抗干扰能力和信号完整性，确保系统的可靠性和性能。
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａ 设计与研究 高速串行通信系统设计中的信号完整性分析 黄剑锋 王清阳 裴海龙 （华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州５１０６４０）
摘要：高速串行通信系统用于高实时性、高可靠性的底层设备间的数据通信，因此系统设计中一个重要的 技术难题就是如何保证信号的完整性。作者根据实际开发经验，提出了高速串行通信系统设计中保 证信号完整性的具体措施。 关键词：高速串行通信系统信号完整性数控系统
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｅｓｇｉｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ——ｓｐｅｅｄ Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｒｍ ＨＵＡＮＧ Ｊｉａｎｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｑｉｎｇｙａｎｇ，ＰＥＩ Ｈａｉｌｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０６４０，ＣＨＮ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌｏｗ—ｌｅｖｅｌ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｓｕｒｅ ｓｉｇｎａｌ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｉｇｎａｌ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｒｅ ｆｒｏｍ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｗｉｔｈ ｈｉ ｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ；ＣＮＣ Ｓｙｓｔｅｍ
高速电子线路的信号完整性设计（一）北京理工大学电子工程系于波1、引言当今电子技术的发展日新月异，大规模超大规模集成电路越来越多地应用到通用系统中。
同时，深亚微米工艺在IC设计中的使用，使得芯片的集成规模更大。
从电子行业的发展来看，1992年只有40%的电子系统工作在30MHz以上的频率，而且器件多数使用DIP、PLCC等体积大、管脚少的封装形式，到1994年已有50%的设计达到了50MHz的频率，采用PGA，QFP，RGA等封装的器件越来越多。
1996年之后，高速设计在整个电子设计领域所占的比例越来越大，100MHz以上的系统已随处可见，Bare Die，BGA，MCM这些体积小、管脚数已达数百甚至上千的封装形式也已越来越多地应用到各类高速超高速电子系统中。
图1所示为自80年代末IC封装的发展。
图 1 近年来IC封装的发展由上图可见，IC芯片的发展从封装形式来看，是芯片体积越来越小、引脚数越来越多。
同时，由于近年来IC工艺的发展，使得其速度越来越高。
由此可见，在当今快速发展的电子设计领域，由IC芯片构成的电子系统是朝着大规模、小体积、高速度的方向飞速发展的，而且发展速度越来越快。
这样就带来了一个问题，即电子设计的体积减小导致电路的布局布线密度变大，而同时信号的频率还在提高，从而使得如何处理高速信号问题成为一个设计能否成功的关键因素。
随着电子系统中逻辑和系统时钟频率的迅速提高和信号边沿不断变陡，印刷电路板的线迹互连和板层特性对系统电气性能的影响也越发重要。
对于低频设计,线迹互连和板层的影响可以不考虑，当频率超过50MHz时，互连关系必须以传输线考虑，而在评定系统性能时也必须考虑印刷电路板板材的电参数。
因此，高速系统的设计必须面对互连延迟引起的时序问题以及串扰、传输线效应等信号完整性问题。
2、高速电子设计的板级信号完整性处理高速数字系统的振铃和串扰问题一直是一个令人头疼的问题，特别是在今天，越来越多的VLSI 芯片工作在100MHz的频率以上，450MHz的CPU也将广泛应用，信号的边沿越来越陡（已达到ps 级），这些高速器件性能的增加也给高速系统设计带来了困难。
同时，高速系统的体积不断减小使得印制板的密度迅速提高。
比较现在新的PC主板与几年前的主板，可以看到新的主板上加入了许多端接。
信号完整性问题已经成为新一代高速产品设计中越来越值得注意的问题，这已是毋庸置疑的了。
信号完整性（Signal Integrity，简称SI）是指在信号线上的信号质量。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。
主要的信号完整性问题包括反射、振铃、地弹、串扰等。
源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。
如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。
布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。
信号的振铃（ringing）和环绕振荡（rounding）由线上过度的电感和电容引起，振铃属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。
信号完整性问题通常发生在周期信号中，如时钟等，振铃和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的，振铃可以通过适当的端接予以减小，但是不可能完全消除。
在电路中有大的电流涌动时会引起地弹，如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。
负载电容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。
振铃和地弹都属于信号完整性问题中单信号线的现象（伴有地平面回路），串扰则是由同一PCB板上的两条信号线与地平面引起的，故也称为三线系统。
串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。
容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。
PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
表1列出了高速电路中常见的信号完整性问题与可能引起该信号完整性的原因，并给出了相应的解决方案。
表 1 常见信号完整性（SI）问题及解决方法在一个已有的PCB板上分析和发现信号完整性问题是一件非常困难的事情，即使找到了问题，在一个已成形的板上实施有效的解决办法也会花费大量时间和费用。
那么，我们就期望能够在物理设计完成之前查找、发现并在电路设计过程中消除或减小信号完整性问题，这就是EDA工具需要完成的任务。
先进的EDA信号完整性工具可以仿真实际物理设计中的各种参数，对电路中的信号完整性问题进行深入细致的分析。
新一代的EDA信号完整性工具主要包括布线前/布线后SI分析工具和系统级SI工具等。
使用布线前SI分析工具可以根据设计对信号完整性与时序的要求在布线前帮助设计者选择元器件、调整元器件布局、规划系统时钟网络和确定关键线网的端接策略。
SI分析与仿真工具不仅可以对一块PCB板的信号流进行分析，而且可以对同一系统内其它组成部分如背板、连接器、电缆及其接口进行分析，这就是系统级的SI分析工具。
针对系统级评价的SI分析工具可以对多板、连接器、电缆等系统组成元件进行分析，并可通过设计建议来帮助设计者消除潜在的SI问题，它们一般都包括IBIS模型接口、2维传输线与串扰仿真、电路仿真、SI分析结果的图形显示等功能。
这类工具可以在设计包含的多种领域如电气、EMC、热性能及机械性能等方面综合考虑这些因素对SI的影响及这些因素之间的相互影响，从而进行真正的系统级分析与验证。
Mentor Graphics公司的ICX设计工具可以在时序与电气规则的驱动下进行TopDown式的布局及无网格布线，并提供多板分析功能，是典型的系统级SI工具。
3、理解和使用IBIS模型如何在PCB板做板之前分析验证板级信号完整性（SI）问题，是设计成功的关键。
这就需要用于SI 分析的包含各种参数的准确模型。
大多数SI分析工具都可将PCB板作为板材料和布线几何形状的函数进行分析计算，但是得到一个能够反映板上元件、连接器、电缆等器件的好的模型却相对较难，IBIS模型可以帮助设计者在存在SI约束的设计中获取准确的信息以进行分析和计算。
IBIS（Input/Output Buffer Information Specification）模型是一种基于V/I曲线的对I/O BUFFER快速准确建模的方法，是反映芯片驱动和接收电气特性的一种国际标准，它提供一种标准的文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振铃和串扰等高频效应的计算与仿真。
IBIS规范最初由一个被称为IBIS开放论坛的工业组织编写，这个组织是由一些EDA厂商、计算机制造商、半导体厂商和大学组成的。
IBIS的版本发布情况为：1993年4月第一次推出Version1.0版，同年6月经修改后发布了Version1.1版，1994年6月在San Diego通过了Version2.0版，同年12月升级为Version2.1版，1995年12 月其Version2.1版成为ANSI/EIA-656标准，1997年6月发布了Version3.0版，同年9月被接纳为IEC 62012-1 标准，1998年升级为Version3.1版，1999年1月推出了当前最新的版本Version3.2版。
现在已有多家半导体器件生产厂家及CAE/EDA公司支持此IBIS规范，提供不同器件的IBIS模型及软件仿真工具，如Mentor Graphics公司既提供使用IBIS模型的仿真工具Interconnect Synthesis，同时提供Zeelan 的IBIS的仿真模型库，另外还可根据用户的特殊需求定制相应器件的IBIS模型。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准的IBIS文件中如何记录一个芯片的驱动器和接收器的不同参数，但并不说明这些被记录的参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型的仿真工具来读取。
欲使用IBIS进行实际的仿真，需要先完成以下四件工作：（1）获取有关芯片驱动器和接收器的原始信息源；（2）获取一种将原始数据转换为IBIS格式的方法；（3）提供用于仿真的可被计算机识别的布局布线信息；（4）提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算的软件工具。
IBIS是一种简单直观的文件格式，很适合用于类似于Spice（但不是Spice，因为IBIS文件格式不能直接被Spice工具读取）的电路仿真工具。
它提供驱动器和接收器的行为描述，但不泄漏电路内部构造的知识产权细节。
换句话说，销售商可以用IBIS模型来说明它们最新的门级设计工作，而不会给其竞争对手透露过多的产品信息。
并且，因为IBIS是一个简单的模型，当做简单的带负载仿真时，比相应的全Spice三极管级模型仿真要节省10～15倍的计算量。
IBIS提供两条完整的V－I曲线分别代表驱动器为高电平和低电平状态，以及在确定的转换速度下状态转换的曲线。
V－I曲线的作用在于为IBIS提供保护二极管、TTL图腾柱驱动源和射极跟随输出等非线性效应的建模能力。
由上可知，IBIS模型的优点可以概括为：●在I/O非线性方面能够提供准确的模型，同时考虑了封装的寄生参数与ESD结构；●提供比结构化的方法更快的仿真速度；●可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。
可用IBIS模型分析的信号完整性问题包括：串扰、反射、振铃、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。
IBIS尤其能够对高速振铃和串扰进行准确精细的仿真，它可用于检测最坏情况的上升时间条件下的信号行为及一些用物理测试无法解决的情况；●模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；●兼容工业界广泛的仿真平台。
当然，IBIS不是完美的，它也存在以下缺点：●许多芯片厂商缺乏对IBIS模型的支持。
而缺乏IBIS模型，IBIS工具就无法工作。
虽然IBIS文件可以手工创建或通过Spice模型自动转换，但是如果无法从厂家得到最小上升时间参数，任何转换工具都无能为力；● IBIS不能理想地处理上升时间受控的驱动器类型的电路，特别是那些包含复杂反馈的电路；● IBIS缺乏对地弹噪声的建模能力。
IBIS模型2.1版包含了描述不同管脚组合的互感，从这里可以提取一些非常有用的地弹信息。
它不工作的原因在于建模方式，当输出由高电平向低电平跳变时，大的地弹电压可以改变输出驱动器的行为。
伴随着大量的信号完整性问题的出现，IBIS已成为一种应用越来越广泛的器件仿真模型。
许多公司、组织和大学开发了多种IBIS实用工具，主要的IBIS实用工具有：● IBISCHK，是IBIS模型的语法分析器，用来检查IBIS模型的语法错误；● S2iplt，此工具可以以图形方式显示IBIS模型的V/I曲线，它是属于UNIX版本的；● S2IBIS，此工具可以将现有的HSPICE、PSPICE或SPICE3模型转换为IBIS模型；● Visual IBIS Editor，是Hyperlynx公司开发的基于Windows平台的IBIS模型编辑、语法检查及V/I 曲线显示工具。
