信号完整性分析.ppt

下面介绍如何使用Protel2004DXP进 行信号完整性分析： ������ 不论是在PCB或是在原理图环 境下，进行信号完整性分析，设计 文件必须在工程当中，如果设计文 件是作为Free Document出现的，则 不能运行信号完整性分析。 ������ 本章主要介绍在PCB编辑环境 下进行信号完整性分析。 ������

12.2 DXP 的信 号完 整性 分析



在DXP设计环境下，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。 ������ Protel具有布局前和布局后信号 完整性分析功能，采用成熟的传输 线计算方法，以及I/O缓冲宏模型进 行仿真。基于快速反射和串扰模型， 信号完整性分析器能够产生准确的 仿真结果。 ������ 布局前的信号完整性分析允许 用户在原理图环境下，对电路潜在 的信号完整性问题进行分析，如阻 抗不匹配等因素。但对于串扰，在 原理图环境下不能进行分析，因为 布局路由尚未建立。 ������

12.1 信号 完整 性分 析概 述
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。

在模型配置界面下，能够看到每个 器件所对应的信号完整性模型，并 且每个器件都有相应的状态与之对 应，关于这些状态的解释如图所示。



修改器件模型的步骤如下： ������ 1、双击需要修改模型的器件 （U1）的Status部分，弹出相应的 窗口如下页图 ������ 2、在Type选项中选择器件的 类型， ������ 3、在Technology选项中选择相 应的驱动类型， ������ 4、也可以从外部导入与器件 相关联的IBIS模型，点击Import IBIS，选择从器件厂商那里得到的 IBIS 模型即可。 ������ 5、模型设置完成后选择OK， 退出。

• 信号基值（Signal Base Value）规则 • 信号基值与信号高电平是相对应的，它定义了线路上信号在低电平状 态下所允许的最大稳定电压值，也即是信号的最大基值，系统默认单 位是伏特，如图所示。
• 飞升时间的上升沿（Flight Time-Rising Edge）规则 • 飞升时间的上升沿定义了信号上升边沿允许的最大飞行时间，也即是 信号上升边沿到达信号设定值的50%时所需的时间，系统默认单位是 秒，如图所示。
• 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值的阻尼振荡，系统默认单位是伏特， 如图所示。
• 阻抗约束（Impedance）规则 • 阻抗约束定义了电路板上所允许的电阻的最大和最小值，系统默认单 位是欧姆。阻抗和导体的几何外观以及电导率，导体外的绝缘层材料 以及电路板的几何物理分布，也即导体间在Z平面域的距离相关。上 述的绝缘层材料包括板的基本材料、多层间的绝缘层以及焊接材料等。 • 信号高电平（Signal Top Value）规则 • 信号高电平定义了线路上信号在高电平状态下所允许的最小稳定电压 值，也即是信号上位值的最小电压，系统默认单位是伏特，如图所示。
5．“Period Time”：设置激励信号的周期。 设置激励信号的时间参数，在输入数值的同时，要注意添加时间单位， 以免设置出错。 • 信号过冲的下降沿（Overshoot-Falling Edge）规则 • 信号过冲的下降沿定义了信号下降边沿允许的最大过冲位，也即信号 下降沿上低于信号基值的最大阻尼振荡，系统默认单位是伏特，如图 所示。 • 信号过冲的上升沿（Overshoot-Rising Edge）规则 • 信号过冲的上升沿与信号过冲的下降沿是相对应的，它定义了信号上 升边沿允许的最大过冲值，也即信号上升沿上高于信号上位值的最大 阻尼振荡，系统默认单位是伏特，如图所示。 • 信号下冲的下降沿（Undershoot-Falling Edge）规则 • 信号下冲与信号过冲略有区别。信号下冲的下降沿定义了信号下降边 沿允许的最大下冲值，也即信号下降沿上高于信号基值的阻尼振荡， 系统默认单位是伏特，如图所示。

13.6.4.设置信号完整性分析的规则
1.在PCB编辑环境中，执行【Design】/【Rule】命令，则系统弹出PCB 规则和约束编辑器。 2.选择其中的“Signal Integrity”选项，新建一个信号下降沿过冲（Overshoo t-Falling Edge）的分析规则，具体参数设置对话框如图13-35所示。
13.4.6进行信号完整性分析
1执行【Tools】/【Singnal Integrity…】命令，则系统开始进行初步分析， 打开了信器左下角的
按钮，在弹出的菜单中执行 相关的详细信息，如图所示。
命令，以查看NetR1全部
3.在图13-37中双击“NetR1”行或选中“NetR1”行，再单击>，NetR1添加 到右边的网络栏中，与该网络线连接的元器件的名称添加到右边元件符 栏中。如图所示。
13.4.2信号完成性分析项目的建立
。 1. 完成环形振荡电路项目的建立，如图所示
2. 完成环形振荡电路图原理图绘制，如图所示。
3. 完成环形振荡电路的PCB布线，如图所示。
13.6.3 设定元件的SI模型，加入规则
13.6.3.1电源规则设置的操作
（1）执行菜单命令【Place】/【Directives】/【PCB layoit】，分别在原理 图中相关的电源符号与接地符号上放置两个PCB布局标签，如图所示。
（5） 双击选中的Supply Nets选项，打开电源网络参数值设置对话框， 输入所设定的电压值为5V，如图所示。
（6） 单击
按钮，依次返回，即完成了直流电源网络规则的设置。
按照同样的操作，可以完成接地网络规则的设置，其电压参数值输入为0V。
13.4.3.2激励信号设置的操作
（1）激励信号规则设置与电源规则设置类似，相同的操作步骤有（1）、 （2）和（3），不同的是在第（4）步，在弹出的选择设计规则类型对话 框Signal Integrity类型中，激励信号选择代表电源网络的Signal Stiulus等 选项，如图所示。

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
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3.00
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Time [ns]
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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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Time [ns]