第１３卷第２期 ２０１１年２月 电子元器件壶用 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ＆Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖｏ１．１３ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２０１１
ｄｏｉ：１０．３９６９ｄ．ｉｓｓｎ．１５６３－４７９５．２０１１．０２．０１４
高速视频处理系统的信号完整性分析
陈云飞，胡 乐，吴 硕
（西安电子科技大学电子工程学院，陕西 西安７１００７１）
摘 要：文中对高速视频处理系统的信号完整性问题进行了研究，通过传输线模型确定了 ＰＣＢ板传输线特性阻抗。并在此基础上，以具体的高速视频处理系统为例，对硬件设计中的
信号完整性进行了详细论述，提出了相应的解决方法，同时使用Ｈｙｐｅｒｌｙｎｘ进行了仿真验证分
析。该研究成果可为一般的高速视频处理系统的硬件设计提供参考。
关键词：视频处理；信号完整性；Ｈｙｐｅｒｌｙｎｘ
０ 引言
从广义上讲，信号完整性指的是在高速产品 中由互联线引起的所有问题。它主要研究互联线
与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特
性参数如何影响产品的性能。所有的信号完整性
问题可以主要归纳为三个问题：噪声、时序、电 磁干扰ｆＥＭＩ１，噪声是信号完整性问题中最复
杂、涉及面最广的问题．而引起噪声最关键的因
素便是反射、串扰、地弹，本文将对高速视频处
理系统中的反射、串扰、地弹进行研究。
Ｉ 高速视频处理系统简介
视频处理系统作为视频监控的一部分，主要
完成视频采集、压缩、存储和传输等功能，该系
统选用ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２作为中央处理单 元． 选用两片Ｍｉｃｒｏｎ公司的ＳＤＲＡＭ
ＭＴ４８ＬＣ４Ｍ３２Ｂ２ＴＧ用于补充ＤＭ６４２内有限的存储
单元．选用ＡＭＤ公司的ＦＬＡＳＨ ＡＭ２９ＬＶ０３３Ｃ用于 存储程序和算法，选用两片ＰＨＩＬＩＰＳ公司的视频
解码器ＳＡＡ７１１５．用于视频信号的捕获。选用一 片Ｉｎｔｅｌ公司的以太网物理层收发器ＬＸＴ９７１ＡＬＣ，
用于网络通信。该系统设计的难点在ＤＭ６４２与 ＳＤＲＡＭ的通信部分，ＴＭ￥３２０ＤＭ６４２内部时钟频
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。
信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计
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。
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
科技信息
高鳇ＰＣＢ电源完整性仿直
公安海警学院 阮松杰 中国电子科技集团公司第五十四研究所杜兵团
【摘要］电子器件低电压和高时钟频率的发展趋势，使得电源完整性的问题越来越突出， 如何在地平面和电源平面间合理的布置
去耦电容，滤除地弹干扰，是解决电源完整性问题的首要问题。本文首先对电源完整性进行了简要分析，然后介绍了利用ＣＡ—
ＤＥＮＣＥ（ＰＩ）仿真软件进行电源完整性分析，通过仿真可以大大提高开发的可靠性 、
［关键词］电源完整性 高速ＰＣＢ ＣＡＤＥＮＣＥ
０、引言 随着电子技术的飞速发展，电子元器件正在朝着微型化、高集成
度、多功能化的方向发展，时钟频率不断提高，而供电电压在不断降
低。相应的ＰＣＢ设计也在朝着高速、高密度的方向发展，设计的复杂度
不断提高，对信号完整性和电源完整性提出了越来越高的要求。信号
完整性是指系统中信号的质量，在要求的时间内信号可以不失真的从 源端传输到接收端，就认为信号是完整的。电源完整性是指系统供电
电源经过一定的传输网络后，在指定器件端口相对于该器件对工作电
源要求的符合程度。信号完整性分析经过几十年的发展，其理论、实践
和分析方法都比较成熟，目前市场上有很多的ＥＤＡ软件可以用来进行
信号完整性分析。相对来说电源完整性分析是一门新的技术，其在高 速、高密度的ＰＣＢ设计中的作用越来越重要，目前ＣＡＤＥＮＣＥ和ＭＥＮ—
ＴＯＲ都支持电源完整性仿真。
１、电源完整性分析
电源完整性问题是指在高速ＰＣＢ系统中的电源分配网络在不同的
频率下，存在不同的输入阻抗。对于理想的电压源，源阻抗为零，输出
电压保持恒定，然而在实际电源分配系统中存在电感，造成输入阻抗很 大。电源平面／地平面上存在的噪声电流△Ｉ和瞬态负载电流△Ｉ会引
起电压抖动△Ｖ。电源平面／地平面的电压波动，一方面影响平面为数
字信号提供稳定的电压参考，另一方面会使提供的电源电压抖动，影响
器件的工作性能，当平面电压波动超出器件的容忍范围时，造成系统不 能正常工作。
