什么是高速数字信号？
高速数字信号由信号的边沿速度决定，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号，而高频信号是针对信号频率而言的。高速电路涉及信号分析、传输线、模拟电路的知识。错误的概念是：8KHz帧信号为低速信号。多高的频率才算高速信号？
当信号的上升/下降沿时间< 3~6倍信号传输时间时,即认为是高速信号.
对于数字电路，关键是看信号的边沿陡峭程度，即信号的上升、下降时间,信号从10%上升到90%的时间小
于6倍导线延时,就是高速信号!
即使8KHz的方波信号,只要边沿足够陡峭,一样是高速信号,在布线时需要使用传输线理论。
信号完整性研究：什么是信号完整性?
时间:2009-03-11 20:18来源:sig007 作者:于博士点击:1813次
信号完整性主要是指信号在信号线上传输的质量，当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题，信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。一般认为，当系统工作在50MHz时，就会产生信号完整性问题，而随着系统和器件频率的不断攀升，信号完整性的问题也就愈发突出。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等
这些问题都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。
1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？
信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。常见信号完整性问题及解决方法：
问题可能原因解决方法其他解决方法
过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源
直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面
过大的串扰线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源
时延太大传输线距离太长替换或重新布线, 检查串行端接头使用阻抗匹配的驱动源, 变更布线策略
振荡阻抗不匹配在发送端串接阻尼电阻
2、什么是串扰（crosstalk）？
串扰（crosstalk）是指在两个不同的电性能之间的相互作用。产生串扰（crosstalk）被称为Aggressor，而另一个收到干扰的被称为Victim。通常，一个网络既是Aggressor（入侵者），又是Victim（受害者）。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。
3、什么是电磁兼容（EMI）？
电磁干扰（Ectromagnetioc Interference），或者电磁兼容性（EMI），是从一个传输线（transmission line）（例如电缆、导线或封装的管脚）得到的具有天线特性的结果。印制电路板、集成电路和许多电缆发射并影响电磁兼容性（EMI）的问题。FCC定义了对于一定的频率的最大发射的水平（例如应用于飞行控制器领域）。
4、在时域（time domain）和频域（frequency domain）之间又什么不同？
时域（time domain）是一个波形的示波器观察，它通常用于找出管脚到管脚的延时（delays）、偏移（skew）、过冲（overshoot）、下冲（undershoot）以及设置时间（setting times）。频域（frequency domain）是一个波形的频谱分析议的观察，它通常用于波形与频谱分析议的观察、它通常用于波形与FCC和其他EMI控制限制之间的比较。（有一个比喻，它就象收音机――你在时域（time domain）中听见，但是你要找到你喜欢的电台是在频域（frequency domain）内。）
5、什么是传输线（transmission line）？
传输线（transmission line）是一个网络（导线），并且它的电流返回的地和电源。电路板上的导线具有电阻、电容和电感等电气特性。在高频电路设计中，电路板线路上的电容和电感会使导线等效于一条传输线。传输线是所有导体及其接地回路的总和。
6、什么是阻抗（impedance）？
阻抗（Impedance）是传输线（transmission line）上输入电压对输入电流地比率值（Z0＝V/I）。当一个源发出一个信号到线上，它将阻碍它驱动，直到2*TD时，源并没有看到它地改变，在这里TD时线的延时（delay）。
7、什么是反射（reflection）？
反射（reflection）就是在传输线（transmission line）上回波（echo）。信号功率（电压和电流）的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射（reflected）了。如果负载和线具有相同的（impedance），发射（Reflections）就不会发生了。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。
8、什么是过冲（overshoot）？
过冲（Overshoot）就是第一个峰值或谷值超过设定电压――对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。下冲（Undershoot）是指下一个谷值或峰值。过分的过冲（overshoot）能够引起保护二级管工作，导致过早地失效。
9、什么是下冲（undershoot）（ringback）？
过冲（Overshoot）是第二个峰值或谷值超过设定电压――对于上升沿过度地谷值或对于下降沿太大地峰值。过分地下冲（undershoot）能够引起假的时钟或数据错误（误操作）。
10、什么是振荡（ringing）？
振荡（ringing）就是在反复出现过冲（overshoots）和下冲（undershoots）。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，振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的，振荡可以通过适当的端接予以减小，但是不可能完全消除。
11、什么是设置时间（settling time）？
设置时间（settling time）就是对于一个振荡的信号稳定到指定的最终值所需的时间。
12、什么是管脚到管脚（pin－to－pin）的延时（delay）
管脚到管脚（pin－to－pin）的延时（delay）是指在驱动器状态的改变到接收器状态的改变之间的时间。这些改变通常发生在给定电压的50％，最小延时发生在当输出第一个越过给定的阀值（threshold），最大延时发生在当输出最后一个越过电压阀值（threshold），测量所有这些情况。
13、什么是偏差（skew）？
信号的偏移（skew）是对于同一个网络到达不同的接收器端之间的时间偏差。偏移（skew）还被用于在逻辑门上时钟和数据达到的时间偏差。
14、什么是斜率（slew rate）？
Slew rate就是边沿斜率（－个信号的电压有关的时间改变的比率）。I/O的技术规范（如PCI）状态在两个电压之间，这就是斜率（slew rate），它是可以测量的。
15、什么是静态线（quiescent line）？
在当前的时钟周期内它不出现切换。另外也被称为“stuck－at”线或static线。串扰（crosstalk）能够引起一个静态线在时钟周期内出现切换。
16、什么是假时钟（false clocking）？
假时钟是指时钟越过阀值（threshold）无意识的改变了状态（有时在VIL或VIH之间）。通常由过分的下冲（undershoot）或串扰（crostalk）引起。
17、什么是IBIS？
IBIS 是描述一个输入/输出（I/O）的EIA/ANSI标准。它包括DC（V/I）特性曲线，也包括瞬态（transient）（V/T）特性曲线curves as tables of points。HyperLynx的网页（Web site）上有连接到IBIS的主页，另外还有许多供应商的IBIS模型网页。
18、什么是IC 的高低电平切换门限？
IC 的高低电平切换门限指的是信号从一个状态向另一个状态转换所需的电压值。当发生阻尼现象时，信号电平可能会超过IC 输入脚的切换门限，从而将IC 输入信号变为不确定状态，这会导致时钟出错或数据的错误接收。
19、什么是地电平面反弹噪声和回流噪声?
在电路中有大的电流涌动时会引起地平面反弹噪声（简称为地弹），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。
由于地电平面（包括电源和地）分割，例如地层被分割为数字地、模拟地、屏蔽地等，当数字信号走到模拟地线区域时，就会产生地平面回流噪声。同样电源层也可能会被分割为2.5V，3.3V，5V等。所以在多电压PCB设计中，地电平面的反弹噪声和回流噪声需要特别关心。
20、高频电路的定义
在数字电路中，是否是高频电路取决于信号的上升沿和下降沿，而不是信号的频率。
F＝1/（Tr*л），Tr为上升/下降延时时间，当F>100MH他（Tr<3.183ns）时就应该按照高频电路进行考虑，下列情况必须按照高频规则进行设计：
l 系统时钟超过50Hz
l 采用了上升/下降时间少于5ns的器件
l 数字/模拟混合电路
高频电路是取决于信号的上升沿和下降沿，而不是信号的频率，但是不是Tr>100MHz 时才考虑高频规则进行设计，还要看传输介质而定。通常约定如果线传播延时大于1/2数字信号驱动端的上升时间，则认为此类信号是高速信号并产生传输线效应。信号的传递发生在信号状态改变的瞬间，如上升或下降时间。信号从驱动端到接收端经过一段固定的时间，如果传输时间小于1/2的上升或下降时间，那么来自接收端的反射信号将在信号改变状态之前到达驱动端。反之，反射信号将在信号改变状态之后到达驱动端。如果反射信号很强，叠加的波形就有可能会改变逻辑状态。
21、什么是长线
高速系统中的长线（Electrically Long Trace）定义
可以从频域和时域两个角度来定义：
1、频域定义
当线的物理长度和相应频率的波长具有可比性的时候（一般的说法是大于1/20波长），这样的trace就叫做Electrically Long Trace，或者transmission line（传输线）。
2、时域定义
当信号线的传输延迟（propagation delay）大于1/4信号上升时间（rise time）的时候，
该信号线就应视为传输线。
22、什么是微带线和带状线
1.微带线
参考平面（reference plane）只有一个。有些朋友认为微带线就是位于PCB表层的传输线。这种看法不全面。设想一种情形：一个多层板的第一和第二层都是信号层，而第三层为地平面，那么在第一和第二层上的传输线都叫微带线。位于第二层的微带线也叫做掩埋式微带线（embedded microstrip）。微带线的阻抗与它的线宽、频率和它到参考平面的垂直距离有关。
2.带状线
位于两个参考平面之间，所以它有两个参考平面，阻抗的计算公式与微带线的也不一样。
当然，带状线肯定是位于PCB的内层。
什么是信号完整性
信号完整性（Signal Integrity）：就是指电路系统中信号的质量，如果在要求的时间内，信号能不失真
地从源端传送到接收端，我们就称该信号是完整的。
信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。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、振荡、
地弹、串扰等。
信号完整性的一些基本概念
传输线（Transmission Line）：由两个具有一定长度的导体组成回路的连接线,我们称之为传输线,有时
也被称为延迟线。
集总电路（Lumped circuit）：在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。
分布式系统(Distributed System)：实际的电路情况是各种参数分布于电路所在空间的各处,当这种分散性造成的信号延迟时间与信号本身的变化时间相比已不能忽略的时侯,整个信号通道是带有电阻、电容、电
感的复杂网络,这就是一个典型的分布参数系统。
上升/下降时间（Rise/Fall Time）：信号从低电平跳变为高电平所需要的时间,通常是量度上升/下降沿在
10%-90%电压幅值之间的持续时间,记为Tr。
截止频率（Knee Frequency）：这是表征数字电路中集中了大部分能量的频率范围（0.5/Tr）,记为Fk nee,一般认为超过这个频率的能量对数字信号的传输没有任何影响。
特征阻抗（Characteristic Impedance）：交流信号在传输线上传播中的每一步遇到不变的瞬间阻抗就被称为特征阻抗,也称为浪涌阻抗,记为Z0。可以通过传输线上输入电压对输入电流的比率值(V/I)来表示。
传输延迟（Propagation delay）：指信号在传输线上的传播延时,与线长和信号传播速度有关,记为tPD。
微带线（Micro-Strip）：指只有一边存在参考平面的传输线。
带状线（Strip-Line）：指两边都有参考平面的传输线。
趋肤效应（Skin effect）：指当信号频率提高时,流动电荷会渐渐向传输线的边缘靠近,甚至中间将没有电流通过。与此类似的还有集束效应,现象是电流密集区域集中在导体的内侧。
反射（Reflection）：指由于阻抗不匹配而造成的信号能量的不完全吸收,发射的程度可以有反射系数ρ表
示。
过冲/下冲（Over shoot/under shoot）：过冲就是指接收信号的第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指第一个峰值超过最高电压;对于下降沿是指第一个谷值超过最低电压,而下冲就是指第二个
谷值或峰值。
振荡：在一个时钟周期中,反复的出现过冲和下冲,我们就称之为振荡。振荡根据表现形式可分为振铃（Ri nging）和环绕振荡,振铃为欠阻尼振荡,而环绕振荡为过阻尼振荡。
匹配（Termination）：指为了消除反射而通过添加电阻或电容器件来达到阻抗一致的效果。因为通常采
用在源端或终端,所以也称为端接。
串扰：串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰,这种
干扰是由于传输线之间的互感和互容引起的。
信号回流（Return current）：指伴随信号传播的返回电流。
自屏蔽（Self shielding）：信号在传输线上传播时,靠大电容耦合抑制电场,靠小电感耦合抑制磁场来维持
低电抗的方法称为自屏蔽。
前向串扰（Forward Crosstalk）：指干扰源对牺牲源的接收端产生的第一次干扰,也称为远端干扰(Far-
end crosstalk)。
后向串扰（Forward Crosstalk）：指干扰源对牺牲源的发送端产生的第一次干扰,也称为近端干扰(Near
-end crosstalk)。
屏蔽效率（SE）：是对屏蔽的适用性进行评估的一个参数,单位为分贝。
吸收损耗：吸收损耗是指电磁波穿过屏蔽罩的时候能量损耗的数量。
反射损耗：反射损耗是指由于屏蔽的内部反射导致的能量损耗的数量,他随着波阻和屏蔽阻抗的比率而变
化。
校正因子：表示屏蔽效率下降的情况的参数,由于屏蔽物吸收效率不高,其内部的再反射会使穿过屏蔽层另一面的能量增加,所以校正因子是个负数,而且只使用于薄屏蔽罩中存在多个反射的情况分析。
差模EMI：传输线上电流从驱动端流到接收端的时候和它回流之间耦合产生的EMI,就叫做差模EMI。
共模EMI：当两条或者多条传输线以相同的相位和方向从驱动端输出到接收端的时候,就会产生共模辐射,
既共模EMI。
发射带宽：即最高频率发射带宽,当数字集成电路从逻辑高低之间转换的时候,输出端产生的方波信号频率并不是导致EMI的唯一成分。该方波中包含频率范围更宽广的正弦谐波分量,这些正弦谐波分量是工程师所关心的EMI频率成分,而最高的EMI频率也称为EMI的发射带宽。
电磁环境：存在于给定场所的所有电磁现象的总和。
电磁骚扰：任何能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。
电磁干扰：电磁骚扰引起设备、传输通道和系统性能的下降。
电磁兼容性：设备或者系统在电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的
能力。
系统内干扰：系统中出现由本系统内部电磁骚扰引起的电磁干扰。
系统间干扰：有其他系统产生的电磁干扰对一个系统造成的电磁干扰。
静电放电：具有不同静电电位的物体相互接近或者接触时候而引起的电荷转移。
建立时间（Setup Time）：建立时间就是接收器件需要数据提前于时钟沿稳定存在于输入端的时间。
保持时间（Hold Time）：为了成功的锁存一个信号到接收端,器件必须要求数据信号在被时钟沿触发后继续保持一段时间,以确保数据被正确的操作。这个最小的时间就是我们说的保持时间。
飞行时间（Flight Time）：指信号从驱动端传输到接收端,并达到一定的电平之间的延时,和传输延迟和上
升时间有关。
Tco：是指器件的输入时钟边缘触发有效到输出信号有效的时间差,这是信号在器件内部的所有延迟总和,一般包括逻辑延迟和缓冲延迟。缓冲延迟（buffer delay）：指信号经过缓冲器达到有效的电压输出所需
要的时间
时钟抖动（Jitter）：时钟抖动是指时钟触的,和后期布线没有关系。
时钟偏移（Skew）：是指由同样的时钟产生的多个子时钟信号之间的延时差异。
假时钟: 假时钟是指时钟越过阈值(threshold)无意识地改变了状态(有时在VIL 或VIH之间)。通常由于
过分的下冲(undershoot)或串扰(crosstalk)引起。
电源完整性(Power Integrity)：指电路系统中的电源和地的质量。
同步开关噪声（Simultaneous Switch Noise）：指当器件处于开关状态,产生瞬间变化的电流（di/dt）,在经过回流途径上存在的电感时,形成交流压降,从而引起噪声,简称SSN。也称为Δi噪声。
地弹（Ground Bounce）：指由于封装电感而引起地平面的波动,造成芯片地和系统地不一致的现象。同样,如果是由于封装电感引起的芯片和系统电源差异,就称为电源反弹（Power Bounce）。
传输线（Transmission Line）：由两个具有一定长度的导体组成回路的连接线,我们称之为传输线,有时也被称为延迟线。
集总电路（Lumped circuit）：在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。
分布式系统(Distributed System)：实际的电路情况是各种参数分布于电路所在空间的各处,当这种分散性造成的信号延迟时间与信号本身的变化时间相比已不能忽略的时侯,整个信号通道是带有电阻、电容、电感的复杂网络,这就是一个典型的分布参数系统。
上升/下降时间（Rise/Fall Time）：信号从低电平跳变为高电平所需要的时间,通常是量度上升/下降沿在10%-90%电压幅值之间的持续时间,记为Tr。
截止频率（Knee Frequency）：这是表征数字电路中集中了大部分能量的频率范围（0.5/Tr）,记为Fknee,一般认为超过这个频率的能量对数字信号的传输没有任何影响。
特征阻抗（Characteristic Impedance）：交流信号在传输线上传播中的每一步遇到不变的瞬间阻抗就被称为特征阻抗,也称为浪涌阻抗,记为Z0。可以通过传输线上输入电压对输入电流的比率值(V/I)来表示。
传输延迟（Propagation delay）：指信号在传输线上的传播延时,与线长和信号传播速度有关,记为tPD。
微带线（Micro-Strip）：指只有一边存在参考平面的传输线。
带状线（Strip-Line）：指两边都有参考平面的传输线。
趋肤效应（Skin effect）：指当信号频率提高时,流动电荷会渐渐向传输线的边缘靠近,甚至中间将没有电流通过。与此类似的还有集束效应,现象是电流密集区域集中在导体的内侧。
反射（Reflection）：指由于阻抗不匹配而造成的信号能量的不完全吸收,发射的程度可以有反射系数ρ表示。
过冲/下冲（Over shoot/under shoot）：过冲就是指接收信号的第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指第一个峰值超过最高电压;对于下降沿是指第一个谷值超过最低电压,而下冲就是指第二个谷值或峰值。
振荡：在一个时钟周期中,反复的出现过冲和下冲,我们就称之为振荡。振荡根据表现形式可分为振铃（Ringing）和环绕振荡,振铃为欠阻尼振荡,而环绕振荡为过阻尼振荡。
匹配（Termination）：指为了消除反射而通过添加电阻或电容器件来达到阻抗一致的效果。因为通常采用在源端或终端,所以也称为端接。
串扰：串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰,这种干扰是由于传输线之间的互感和互容引起的。
信号回流（Return current）：指伴随信号传播的返回电流。
自屏蔽（Self shielding）：信号在传输线上传播时,靠大电容耦合抑制电场,靠小电感耦合抑制磁场来维持低电抗的方法称为自屏蔽。
前向串扰（Forward Crosstalk）：指干扰源对牺牲源的接收端产生的第一次干扰,也称为远端干扰(Far-end crosstalk)。
后向串扰（Forward Crosstalk）：指干扰源对牺牲源的发送端产生的第一次干扰,也称为近端干扰(Near-end crosstalk)。
屏蔽效率（SE）：是对屏蔽的适用性进行评估的一个参数,单位为分贝。
吸收损耗：吸收损耗是指电磁波穿过屏蔽罩的时候能量损耗的数量。
反射损耗：反射损耗是指由于屏蔽的内部反射导致的能量损耗的数量,他随着波阻和屏蔽阻抗的比率而变化。
校正因子：表示屏蔽效率下降的情况的参数,由于屏蔽物吸收效率不高,其内部的再反射会使穿过屏蔽层另一面的能量增加,所以校正因子是个负数,而且只使用于薄屏蔽罩中存在多个反射的情况分析。
差模EMI：传输线上电流从驱动端流到接收端的时候和它回流之间耦合产生的EMI,就叫做差模EMI。
共模EMI：当两条或者多条传输线以相同的相位和方向从驱动端输出到接收端的时候,就会产生共模辐射,既共模EMI。
发射带宽：即最高频率发射带宽,当数字集成电路从逻辑高低之间转换的时候,输出端产生的方波信号频率并不是导致EMI的唯一成分。该方波中包含频率范围更宽广的正弦谐波
分量,这些正弦谐波分量是工程师所关心的EMI频率成分,而最高的EMI频率也称为EMI的发射带宽。
电磁环境：存在于给定场所的所有电磁现象的总和。
电磁骚扰：任何能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。
电磁干扰：电磁骚扰引起设备、传输通道和系统性能的下降。
电磁兼容性：设备或者系统在电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
系统内干扰：系统中出现由本系统内部电磁骚扰引起的电磁干扰。
系统间干扰：有其他系统产生的电磁干扰对一个系统造成的电磁干扰。
静电放电：具有不同静电电位的物体相互接近或者接触时候而引起的电荷转移。
建立时间（Setup Time）：建立时间就是接收器件需要数据提前于时钟沿稳定存在于输入端的时间。
保持时间（Hold Time）：为了成功的锁存一个信号到接收端,器件必须要求数据信号在被时钟沿触发后继续保持一段时间,以确保数据被正确的操作。这个最小的时间就是我们说的保持时间。
飞行时间（Flight Time）：指信号从驱动端传输到接收端,并达到一定的电平之间的延时,和传输延迟和上升时间有关。
Tco：是指器件的输入时钟边缘触发有效到输出信号有效的时间差,这是信号在器件内部的所有延迟总和,一般包括逻辑延迟和缓冲延迟。缓冲延迟（buffer delay）：指信号经过缓冲器达到有效的电压输出所需要的时间
时钟抖动（Jitter）：时钟抖动是指时钟触发沿的随机误差,通常可以用两个或多个时钟周期之间的差值来量度,这个误差是由时钟发生器内部产生的,和后期布线没有关系。
时钟偏移（Skew）：是指由同样的时钟产生的多个子时钟信号之间的延时差异。
假时钟: 假时钟是指时钟越过阈值(threshold)无意识地改变了状态(有时在VIL 或VIH之间)。通常由于过分的下冲(undershoot)或串扰(crosstalk)引起。
电源完整性(Power Integrity)：指电路系统中的电源和地的质量。
同步开关噪声（Simultaneous Switch Noise）：指当器件处于开关状态,产生瞬间变化的电流（di/dt）,在经过回流途径上存在的电感时,形成交流压降,从而引起噪声,简称SSN。也称为Δi噪声。
地弹（Ground Bounce）：指由于封装电感而引起地平面的波动,造成芯片地和系统地不一致的现象。同样,如果是由于封装电感引起的芯片和系统电源差异,就称为电源反弹（Power Bounce）。
如果你发现，以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了，同样的设计，以前没问题，可是现在却无法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件设计中最核心的问题：信号完整性。早一天遇到，对你来说是好事。
在过去的低速时代，电平跳变时信号上升时间较长，通常几个ns。器件间的互连线不至于影响电路的功能，没必要关心信号完整性问题。但在今天的高速时代，随着IC输出开关速度的提高，很多都在皮秒级，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。另外，对低功耗追求使得内核电压越来越低，1.2v内核电压已经很常见了。因此系统能容忍的噪声余量越来越小，这也使得信号完整性问题更加突出。
广义上讲，信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。
信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。即使布线拓扑结构没有变化，如果采用了信号上升时间很小的IC芯片，现有设计也将处于临界状态或者停止工作。
下面谈谈几种常见的信号完整性问题。
反射：
图1显示了信号反射引起的波形畸变。看起来就像振铃，拿出你制作的电路板，测一测各种信号，比如时钟输出或是高速数据线输出，看看是不是存在这种波形。如果有，那么你该对信号完整性问题有个感性的认识了，对，这就是一种信号完整性问题。
很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个小电阻，至于为什么，他们中很多人都说不清楚，他们会说，很多成熟设计上都有，照着做的。或许你知道，可是确实很多人说不清这个小小电阻的作用，包括很多有了三四年经验的硬件工程师，很惊讶么?可这确实是事实，我碰到过很多。其实这个小电阻的作用就是为了解决信号反射问题。而且随着电阻的加大，振铃会消失，但你会发现信号上升沿不再那么陡峭了。这个解决方法叫阻抗匹配，
奥，对了，一定要注意阻抗匹配，阻抗在信号完整性问题中占据着极其重要的地位。
串扰：
如果足够细心你会发现，有时对于某根信号线，从功能上来说并没有输出信号，但测量时，会有幅度很小的规则波形，就像有信号输出。这时你测量一下与它邻近的信号线，看看是不是有某种相似的规律！对，如果两根信号线靠的很近的话，通常会的。这就是串扰。当然，被串扰影响的信号线上的波形不一定和邻近信号波形相似，也不一定有明显的规律，更多的是表现为噪声形式。串扰在当今的高密度电路板中一直是个让人头疼的问题，由于布线空间小，信号必然靠得很近，因此你比须面对它，只能控制但无法消除。对于受到串扰的信号线，邻近信号的干扰对他来说就相当于噪声。
串扰大小和电路板上的很多因素有关，并不是仅仅因为两根信号线间的距离。当然，距离最容易控制，也是最常用的解决串扰的方法，但不是唯一方法。这也是很多工程师容易误解的地方。更深入的讨论，我会在后续文章中陆续推出，如果你感兴趣，可以常来于博士信号完整性研究网https://www.doczj.com/doc/6714117480.html,，关注博士讲坛栏目。
轨道塌陷：
噪声不仅存在于信号网络中，电源分配系统也存在。我们知道，电源和地之间电流流经路径上不可避免存在阻抗，除非你能让电路板上的所有东西都变成超导体。那么，当电流变化时，不可避免产生压降，因此，真正送到芯片电源管脚上的电压会减小，有时减小得很厉害，就像电压突然产生了塌陷，这就是轨道塌陷。轨道塌陷有时会产生致命的问题，很可能影响你的电路板的功能。高性能处理器集成的门数越来越多，开关速度也越来越快，在更短的时间内消耗更多的开关电流，可以容忍的噪声变得越来越小。但同时控制噪声越来越难，因为高性能处理器对电源系统的苛刻要求，构建更低阻抗的电源分配系统变得越来越困难。你可能注意到了，又是阻抗，理解阻抗是理解信号完整性问题的关键。
信号完整性问题涉及面比较广，这里只是简单介绍几种现象，希望这篇文章能让你对信号完整性有个初步的认识。信号完整性，将是每个硬件工程师的必修课。早一天接触，早一天受益。
信号完整性：多长的走线才是传输线
时间:2009-04-16 20:35来源:未知作者:于博士点击:1935次
多长的走线才是传输线？
这和信号的传播速度有关，在FR4板材上铜线条中信号速度为6in/ns。简单的说，只要信号在走线上的往返时间大于信号的上升时间，PCB上的走线就应当做传输线来处理。
我们看信号在一段长走线上传播时会发生什么情况。假设有一段60英寸长的PCB走线，如图1所示，返回路径是PCB板内层靠近信号线的地平面，信号线和地平面间在远端开路。
图1
信号在这条走线上向前传播，传输到走线尽头需要10ns，返回到源端又需要10ns，则总的往返时间是20ns。如果把上面的信号往返路径看成普通的电流回路的话，返回路径上应该没有电流，因为在远端是开路的。但实际情况却不是这样，返回路径在信号上后最初的一段时间有电流。
在这段走线上加一个上升时间为1ns的信号，在最初的1ns时间，信号还线条上只走了6英寸，不知道远端是开路还是短路，那么信号感觉到的阻抗有多大，怎么确定？如果把信号往返路径看成普通的电流回路的话就会产生矛盾，所以，必须按传输线处理。
实际上，在信号线条和返回地平面间存在寄生电容，如图2所示。当信号向前传播过程中，A点处电压不断不变化，对于寄生电容来说，变化的电压意味着产生电流，方向如图中虚线所示。因此信号感受到的阻抗就是电容呈现出来的阻抗，寄生电容构成了电流回流的路径。信号在向前传播所经过的每一点都会感受到一个阻抗，这个阻抗是变化的电压施加到寄生电容上产生的，通常叫做传输线的瞬态阻抗。
图2
当信号到达远端，远端的电压升至信号的最终电压后，电压不再变化。虽然寄生电容还是存在，但是没有电压的变化，电容相当于开路，这对应的就是直流情况。
因此，这个信号路径短期的表现和长期的表现不一样，在起始一小段时间内，表现就是传输线。即使传输线远端开路，在信号跳变期间，传输线前段的性能也会像一个阻值有限的电阻。
科研训练 设计题目：高速数字信号的信号完整性分析专业班级：科技0701 姓名：张忠凯 班内序号：18 指导教师：梁猛 地点：三号实验楼236 时间：2010.9.14~2010.11. 16 电子科学与技术教研室
摘要： 在高速数字系统设计中，信号完整性（SI）问题非常重要的问题，如高时钟频率和快速边沿设计。本文提出了影响信号完整性的因素,并提出了解决电路板中信号完整性问题的方法。 关键词：高速数字电路；信号完整性；信号反射；串扰 引言： 随着电子行业的发展，高速设计在整个电子设计领域所占的比例越来越大，100 MHz 以上的系统已随处可见，采用CS(线焊芯片级BGA)、FG(线焊脚距密集化BGA)、FF(倒装芯片小间距BGA)、BF(倒装芯片BGA)、BG(标准BGA)等各种BGA封装的器件大量涌现，这些体积小、引脚数已达数百甚至上千的封装形式已越来越多地应用到各类高速、超高速电子系统中。 从IC芯片的封装来看，芯片体积越来越小、引脚数越来越多；这就带来了一个问题，即电子设计的体积减小导致电路的布局布线密度变大，同时信号的上升沿触发速度还在提高，从而使得如何处理高速信号问题成为限制设计水平的关键因素。随着电子系统中逻辑复杂度和时钟频率的迅速提高，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，但当频率超过50 MHz时，互连关系必须考虑，而在评定系统性能时还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。 1．信号完整性的概念： 信号完整性是指信号未受到损伤的一种状态，良好的信号完整性是指在需要时信号仍然能以正确的时序和电压电平值做出响应。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。 2．信号完整性问题的分析： 高速不是就频率的高低来说的，而是由信号的边沿速度决定的，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号。信号完整性问题的起因是由于不断缩小的上升和下降时间。假如信号的上升沿和下降沿变化比较缓慢，则电路结构和元器件所造成的影响不大，可以忽略。 当信号的上升沿和下降沿变化加快时，整个电路则会转化为传输线问题，即电路的延迟、反射等问题；当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( 0 V)上产生电压的波动和变化,犹如从地面弹回电路的信号一样；通常表现为在一根信号线上有信号通过时,在上与之
DDR的基础知识 1.电源 DDR的电源可以分为三类： 主电源VDD和VDDQ， 主电源的要求是VDDQ=VDD，VDDQ是给IO buffer供电的电源，VDD是给但是一般的使用中都是把VDDQ和VDD合成一个电源使用。有的芯片还有VDDL，是给DLL供电的，也和VDD使用同一电源即可。 电源设计时，需要考虑电压，电流是否满足要求，电源的上电顺序和电源的上电时间，单调性等。 电源电压的要求一般在±5%以内。 电流需要根据使用的不同芯片，及芯片个数等进行计算。由于DDR的电流一般都比较大，所以PCB设计时，如果有一个完整的电源平面铺到管脚上，是最理想的状态，并且在电源入口加大电容储能，每个管脚上加一个100nF~10nF的小电容滤波。 参考电源Vref， 参考电源Vref要求跟随VDDQ，并且Vref=VDDQ/2，所以可以使用电源芯片提供，也可以采用电阻分压的方式得到。由于Vref一般电流较小，在几个mA~几十mA的数量级，所以用电阻分压的方式，即节约成本，又能在布局上比较灵活，放置的离Vref管脚比较近，紧密的跟随VDDQ电压，所以建议使用此种方式。需要注意分压用的电阻在100~10K均可，需要使用1%精度的电阻。 Vref参考电压的每个管脚上需要加10nF的点容滤波，并且每个分压电阻上也并联一个电容较好。 用于匹配的电压VTT(TrackingTermination Voltage)
VTT为匹配电阻上拉到的电源，VTT=VDDQ/2。DDR的设计中，根据拓扑结构的不同，有的设计使用不到VTT，如控制器带的DDR器件比较少的情况下。如果使用VTT，则VTT的电流要求是比较大的，所以需要走线使用铜皮铺过去。并且VTT要求电源即可以吸电流，又可以灌电流才可以。一般情况下可以使用专门为DDR设计的产生VTT的电源芯片来满足要求。 而且，每个拉到VTT的电阻旁一般放一个10Nf~100nF的电容，整个VTT电路上需要有uF级大电容进行储能。 一般情况下，DDR的数据线都是一驱一的拓扑结构，且DDR2和DDR3内部都有ODT做匹配，所以不需要拉到VTT做匹配即可得到较好的信号质量。而地址和控制信号线如果是多负载的情况下，会有一驱多，并且内部没有ODT，其拓扑结构为走T点的结构，所以常常需要使用VTT进行信号质量的匹配控制。 2. 时钟 DDR的时钟为差分走线，一般使用终端并联100欧姆的匹配方式，差分走线差分对控制阻抗为100ohm，单端线50ohm。需要注意的是，差分线也可以使用串联匹配，使用串联匹配的好处是可以控制差分信号的上升沿缓度，对EMI可能会有一定的作用。 3. 数据和DQS DQS信号相当于数据信号的参考时钟，它在走线时需要保持和CLK信号保持等长。DQS在DDR2以下为单端信号，DDR2可作为差分信号，也可做单端，做单端时需要将DQS-接地，而DDR3为差分信号，需要走线100ohm差分线。由于内部有ODT，所以DQS不需要终端并联100ohm电阻。每8bit数据信号对应一组DQS信号。 DQS信号在走线时需要与同组的DQS信号保持等长，控制单端50ohm的阻抗。在写数据时,DQ和DQS的中间对齐，在读数据时，DQ和DQS的边沿对齐。DQ信号多为一驱一，并且DDR2和DDR3有内部的ODT匹配，所以一般在进行串联匹配就可以了。
现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： SIwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块： Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在PCB详细设计前使用此工具，对互连线的不同情况进行仿真，把仿真结果存为拓扑结构模板，在后期详细设计中应用这些模板进行设计。 （2）DF/Signoise工具是信号仿真分析工具，可提供复杂的信号延时和信号畸变分析、IBIS 模型库的设置开发功能。SigNoise是SPECCTRAQUEST SI Expert和SQ Signal Explorer Expert进行分析仿真的仿真引擎，利用SigNoise可以进行反射、串扰、SSN、EMI、源同步及系统级的仿真。 （3）DF/EMC工具——EMC分析控制工具。 （4）DF/Thermax——热分析控制工具。 SPECCTRAQuest中的理想高速PCB设计流程： 由上所示，通过模型的验证、预布局布线的space分析、通过floorplan制定拓朴规则、由规
PCB设计挑战和建议作为PC、服务器和消费电子产品中重要的硬盘驱动器接口，串行ATA(SATA)发展迅猛并日益盛行。随着基于磁盘的存储在所有电子市场领域中变得越来越重要，系统设计工程师需要知道采用第一代SATA(1.5Gbps)和第二代SATA(3.0Gbps)协议的产品设计中的独特挑战。此外，系统设计工程师还需要了解新的SATA特性，以使其用途更广，功能更强，而不仅仅是简单地代替并行ATA。充分利用这些新特性并克服设计中存在的障碍，对成功推出采用SATA接口的产品非常关键。 日趋复杂的PCB布局布线设计对保证高速信号(如SATA)的正常工作至关重要。由于第一代和第二代SATA的速度分别高达1.5Gbps和3.0Gbps，因此铜箔蚀刻线布局的微小改动都会对电路性能造成很大的影响。SATA信号的上升时间约为100ps，如此快的上升时间，再加上有限的电信号传输速度，所以即使很短的走线也必须当成传输线来对待，因为这些走线上有很大部分的上升(或下降)电压。 高频效应处理不好，将会导致PCB无法工作或者工作起来时好时坏。为保证采用FR4 PCB板的SATA设计正常工作，必须遵守下面列出的FR4 PCB布局布线规则。这些规则可分为两大类：设计使用差分信号和避免阻抗不匹配。 高速差分信号设计规则包括： 1.SATA是高速差分信号，一个SATA连接包含一个发送信号对和一个接收 信号对，这些差分信号的走线长度差别应小于5mil。使差分对的走线长度保持一致非常重要，不匹配的走线长度会减小信令之间的差值，增加误码率，而且还会产生共模噪声，从而增加EMI辐射。差分信号线对应该 在电路板表层并排走线(微带线)，如果差分信号线对必须在不同的层走 线，那么过孔两侧的走线长度必须保持一致。 2.差分信号线对的走线不能太靠近，建议走线间距是走线相对于参考平面高 度的6至10倍(最好是10倍)。 3.为减少EMI，差分对的走线间距不要超过150mil。 4.SATA差分对的差分阻抗必须为100欧姆。 5.为减少串扰，同一层其它信号与差分信号线对之间的间距至少为走线相对 于参考平面高度的10至15倍。 6.在千兆位传输速度的差分信号上不要使用测试点。 避免阻抗不匹配的设计规则包括：
高速电路中的信号完整性问题 许致火 （07级信号与信息处理 学号 307081002025) 1 信号完整性问题的提出 一般来讲，传统的低频电路设计对于电子工程师并不是多么复杂的工作。因为在低于30MHz的系统中并不要考虑传输线效应等问题，信号特性保持完好使得系统照常能正常工作。但是随着人们对高速实时信号处理的要求，高频信号对系统的设计带来很大的挑战。电子工程师不仅要考虑数字性能还得分析高速电路中各种效应对信号原来 面目影响的问题。 输入输出的信号受到传输线效应严重的影响是我们严峻的挑战 之一。在低频电路中频率响应对信号影响很小，除非是传输的媒介的长度非常长。然而伴随着频率的增加，高频效应就显而易见了。对于一根很短的导线也会受到诸如振玲、串扰、信号反射以及地弹的影响，这些问题严重地损害了信号的质量，也就是导致了信号完整性性能下降。 2 引起信号完整性的原因 2.1 传输线效应 众所周知，传输线是用于连接发送端与接收段的连接媒介。传统的比如电信的有线线缆能在相当长的距离范围内有效地传输信号。但是高速的数字传输系统中，即使对于PCB电路板上的走线也受到传输线效应的影响。如图1所示，对于不同高频频率的PCB板上的电压分布是不同的。 图 1 PCB在不同频率上的电压波动
因为低频电路可以看成是一个没有特性阻抗、电容与电感寄生效应的理想电路。高速电路中高低电平的快速切换使得电路上的走线要看成是阻抗、电容与电感的组合电路。其等效电路模型如图2所示。导线的阻抗是非常重要的概念，一旦传输路径上阻抗不匹配就会导致信号的质量下降。 图 2 传输线等效电路模型 由图2的模型可得电报方程： 2.2 阻抗不匹配情况 信号源输出阻抗（Zs）、传输线上的阻抗（Zo）以及负载的阻抗（ZL）不相等时，我们称该电流阻抗不匹配。也这是说信号源的能量没有被负载全部吸收，还有一部分能量被反射回信号源方向了。反射后又被信号源那端反射给负载，除了吸收一部分外，剩下的又被反射回去。这个过程一直持续，直到能量全部被负载吸收。这样就会出现过冲与下冲(Overshoot/Undershoot)、振铃(ring)、阶梯波形(Stair-step Waveform)现象，这些现象的产生导致信号出现错误。 当传输媒介的特性阻抗与负载终端匹配时，阻抗就匹配了。对于PCB板来说，我们可以选取合适的负载终端策略及谨慎地选择传输介
高速数字系统的信号完整性和辐射发射目录： 1数字系统中的信号完整性和辐射发射概述 1.1电源和信号完整性 1.1.1电源分布网络 1.1.2信号分布网络 1.1.3噪声的限制和特征阻抗的设计 1.2辐射发射 1.2.1辐射发射源的定义 1.2.2辐射发射标准 1.2.3实际系统的辐射发射 1.3信号和逻辑器件 1.3.1过冲、下冲和稳定状态 1.3.2噪声抗扰度 1.3.3时序参数 1.3.4眼图 1.4数字系统的建模 1.4.1数学工具 1.4.2Spice-like电路仿真器 1.4.3全波数值工具 1.4.4专业仿真器 参考文献 2高速数字器件 2.1输入输出静态特性 2.1.1电流和电压规范 2.1.2TTL器件 2.1.3CMOS器件 2.1.4ECL器件 2.1.5LVDS器件 2.1.6逻辑器件的功率和逻辑电平 2.2动态特性：门的延迟、上升和下降时间 2.3驱动器和接收器的建模 2.3.1驱动器模型的种类 2.3.2驱动器的开关电流路径 2.3.3驱动器的非线性性能模型 2.3.4接收器的非线性性能建模 2.4输入／输出缓冲器信息规范（IBIS）模型 2.4.1IBIS模型结构 2.4.2IBIS模型和SPICE 参考文献 3电感 3.1环路电感 3.1.1耦合环路的电感 3.1.2细导线电路的电感
3.1.3两个耦合环路的等效电路 3.1.4具有一个参考返回导体的两个耦合导体的L矩阵 3.1.5三导体导线型传输线L的计算 3.1.6和频率相关的内部电感 3.2部分电感 3.2.1耦合环路的部分电感 3.2.2细导线分段的部分电感的通量面积 3.2.3分解成部分电感的环路电感 3.2.4部分自电感和部分互电感 3.2.5两个平行导体之间的电感 3.2.6由部分电感计算环路的电感矩阵 3.2.7与有限接地平面相关的部分电感 3.2.8解决PCB上的电感问题 3.3差模和共模电感 3.3.1差模电感 3.3.2共模电感 参考文献 4电容 4.1导体间的电容 4.1.1电容的定义 4.1.2具有参考返回导体的两耦合导体的部分电容和电容矩阵4.1.3具有参考返回导体的n个耦合导体的电容矩阵 4.2差模和共模电容 4.2.1差模电容 4.2.2共模电容 参考文献 5信号线上的反射 5.1互连线的电参数 5.1.1典型的互连线 5.1.2短互连线的等效电路 5.1.3无耗传输线 5.1.4使用部分电感建模传输线 5.2无耗传输线上的入射波和反射波 5.2.1阻性不连续 5.2.2容性不连续 5.2.3端接阻性负载的互连线上反射 5.2.4互连线的临界长度 5.2.5反射计算的梯格图 5.2.6无耗传输线的精确模型 5.2.7传输线电压的图解法 5.3信号分布的架构 5.3.1点到点结构 5.3.2星型结构 5.3.3链状结构
高速信号走线规则 随着信号上升沿时间的减小，信号频率的提高，电子产品的EMI问题，也来越受到电子工程师的关注。 高速PCB设计的成功，对EMI的贡献越来越受到重视，几乎60％的EMI问题可以通过高速PCB来控制解决。 规则一：高速信号走线屏蔽规则 在高速的PCB设计中，时钟等关键的高速信号线，走需要进行屏蔽处理，如果没有屏蔽或只屏蔽了部分，都是会造成EMI的泄漏。建议屏蔽线，每1000mil，打孔接地。如上图所示。 规则二：高速信号的走线闭环规则 由于PCB板的密度越来越高，很多PCB LAYOUT工程师在走线的过程中，很容易出现这种失误，如下图所示： 时钟信号等高速信号网络，在多层的PCB走线的时候产生了闭环的结果，这样的闭环结果将产生环形天线，增加EMI 的辐射强度。 规则三：高速信号的走线开环规则 规则二提到高速信号的闭环会造成EMI辐射，同样的开环同样会造成EMI辐射，如下图所示：
时钟信号等高速信号网络，在多层的PCB走线的时候产生了开环的结果，这样的开环结果将产生线形天线，增加EMI 的辐射强度。在设计中我们也要避免。 规则四：高速信号的特性阻抗连续规则 高速信号，在层与层之间切换的时候必须保证特性阻抗的连续，否则会增加EMI的辐射，如下图： 也就是：同层的布线的宽度必须连续，不同层的走线阻抗必须连续。 规则五：高速PCB设计的布线方向规则 相邻两层间的走线必须遵循垂直走线的原则，否则会造成线间的串扰，增加EMI辐射，如下图： 相邻的布线层遵循横平竖垂的布线方向，垂直的布线可以抑制线间的串扰。 规则六：高速PCB设计中的拓扑结构规则 在高速PCB设计中有两个最为重要的内容，就是线路板特性阻抗的控制和多负载情况下的拓扑结构的设计。在高速的情况下，可以说拓扑结构的是否合理直接决定，产品的成功还是失败。 如上图所示，就是我们经常用到的菊花链式拓扑结构。这种拓扑结构一般用于几Mhz的情况下为益。高速的拓扑结构我们建议使用后端的星形对称结构。
信号完整性中抖动、噪声研究和发展
信号完整性中抖动、噪声研究和发展 1 引言 随着现代电子产品的开发周期越来越短,工作频率越来越高,尺寸越来越小,产品结构越来越复杂，数字技术的发展日新月异。在20世纪90初，几十兆主 频的X86还是很新鲜的事物，而到如今，频率高达3GHZ的CPU已成为个人电脑的标准配置[1]。手机处理器在10年前ARM7主频还是20MHz，而到了现在2GHz、多核的手机处理器在移动设备上广泛的被应用。处理器遵循着摩尔定律开速的 发展，主频从数十MHz上升到现在的3GHz只用了20年的时间。而在数字产品中，随着工艺的不断改进提升，20前的制造工艺还是微米数量级，而现在已经 步入到了14纳米级工艺。 可见如今的数字电路设计中，芯片的趋势——处理速度越来越快，面积越 来越小，密度却越来越大。数字电路系统的信号速率、时钟频率和集成电路开 关速度[2]的持续增加。这在给广大用户带来更好体验，更便捷应用的同时，也给数字设计者提出了巨大的挑战[3]。信号完整性对于高速电路板和深亚微米(低于0.35微米)芯片设计都是需要考虑的问题[4]。以前在低速设计中可以应 用的方法，在高速电路设计中就编的举步维艰、寸步难行；理论上在设计方法 上应该是正确的，但在实践中却达不到理想的效果。这就涉及到了高速数字电 路设计的问题。I/O速度的提高使得链路总的可用最大抖动预算——单元区间（UI）必将相应的减小。而为了保证设计的整个链路系统有比较好的误码率， 面临的最大挑战就是降低抖动。特征尺寸减小带来的另一个严峻挑战就是功率 损耗和功率密度必须小于某一约束限度，或者说就是使用低功耗设计。 关于抖动的话题对于通信系统的合理设计变得越来越重要，如今，一个通 讯系统的时钟抖动已经成为了影响系统性能的基本限制。时钟抖动的范围与当 今高速串行总线紧密相关，并且数据连接在数字电路系统的设计中，对抖动的 严加控制是必须解决的问题。这是在这种情况下，抖动成为了高速数字通信系 统中，电路设计的一个基本指标。认识什么是抖动，如何描述抖动，成为配置 一个满足性能要求的高速数字系统必不可少的一步。
本人技术屌丝一枚，从事PCB相关工作已达8年有余，现供职于世界闻名的首屈一指的芯片设计公司，从苦逼的板厂制板实习，到初入Pcblayout，再到各种仿真的实战，再到今天的销售工作，一步一步一路兢兢业业诚诚恳恳，有一些相关领悟和大家分享。买卖不成也可交流。 1.谈起硬件工作，是原理图，pcb，码农的结合体，如果你开始了苦逼的pcblayout工作，那么将是漫长的迷茫之路，日复一日年复一年，永远搞不完的布局，拉线。眼冒金星不是梦。最多你可以懂得各种模块的不同处理方式，各种高速信号的设计，但永远只能按照别人的意见进行，毫无乐趣。 2.谈起EDA相关软件，形象的说，就普通的PROTEL/AD来说你可能只有3-6K，对于pads 可能你有5-8K，对于ALLEGRO你可能6-10K,你会哀叹做的东西一样，却同工不同酬，没办法这就是市场，我们来不得无意义的抱怨。 3.众所周知，一个PCB从业者最好的后路就是仿真工作，为什么呢？一；你可以懂得各种模块的设计原则，可以优化不准确的部分，可以改善SI/PI可以做很多，这往往是至关重要的，你可以最大化节约成本，减少器件却功效相同；二；从一个pcblayout到仿真算是水到渠成，让路走的更远； 三：现实的说薪资可以到达11-15K or more，却更轻松，更有价值，发言权，你不愿意吗？ 现在由于本人已技术转销售，现在就是生意人了哈哈，我也查询过各种仿真资料我发现很少，最多不过是Mentor Graphics 的HyperLynx ，candense的si工具，
但是他们真的太low了，精确度和完整性根本不能保证，最多是定性的能力，无法定量。真正的仿真是完整的die到die的仿真，是完整的系统的，是需要更高级的仿真软件，被收购的xxsigrity，xx ansys，hspicexx，adxx等等，这些软件才是真正的仿真。 本人提供各种软件及实战代码，例子，从基本入门到高级仿真，从电源仿真，到ddr仿真到高速串行仿真，应有尽有，，完全可以使用，想想以后的高薪，这点投入算什么呢？舍不得孩子套不住狼哦。 所有软件全兼容32位和64位系统。 切记本人还提供学习手册，你懂的，完全快速进入仿真领域。你懂的！ 希望各位好好斟酌，自己的路是哪个方向，是否想更好的发展，舍得是哲学范畴，投资看得是利润的最大化，学会投资吧，因为他值得拥有，骚年！ 注：本人也可提供培训服务，面面俱到，形象具体，包会！ 有购买和学习培训兴趣的请联系 QQ:2941392162
什么是高速数字信号？ 高速数字信号由信号的边沿速度决定，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号，而高频信号是针对信号频率而言的。高速电路涉及信号分析、传输线、模拟电路的知识。错误的概念是：8KHz帧信号为低速信号。多高的频率才算高速信号？ 当信号的上升/下降沿时间< 3~6倍信号传输时间时,即认为是高速信号. 对于数字电路，关键是看信号的边沿陡峭程度，即信号的上升、下降时间,信号从10%上升到90%的时间小 于6倍导线延时,就是高速信号! 即使8KHz的方波信号,只要边沿足够陡峭,一样是高速信号,在布线时需要使用传输线理论。 信号完整性研究：什么是信号完整性? 时间:2009-03-11 20:18来源:sig007 作者:于博士点击:1813次 信号完整性主要是指信号在信号线上传输的质量，当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题，信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。一般认为，当系统工作在50MHz时，就会产生信号完整性问题，而随着系统和器件频率的不断攀升，信号完整性的问题也就愈发突出。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等 这些问题都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。 1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？ 信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。常见信号完整性问题及解决方法： 问题可能原因解决方法其他解决方法 过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源 直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面
DDR3基本知识 一、DDR3简介 DDR3（double-data-rate three synchronous dynamic random access memory）是应用在计算机及电子产品领域的一种高带宽并行数据总线。DDR3在DDR2的基础上继承发展而来，其数据传输速度为DDR2的两倍。同时，DDR3标准可以使单颗内存芯片的容量更为扩大，达到512Mb至8Gb，从而使采用DDR3芯片的内存条容量扩大到最高16GB。此外，DDR3的工作电压降低为1.5V，比采用1.8V的DDR2省电30%左右。说到底，这些指标上的提升在技术上最大的支撑来自于芯片制造工艺的提升，90nm甚至更先进的45nm制造工艺使得同样功能的MOS管可以制造的更小，从而带来更快、更密、更省电的技术提升。 DDR3的发展实在不能说是顺利，虽然在2005年就已经有最初的标准发布并于2007年应用于Intel P35 “Bearlake”芯片组上，但并没有像业界预想的那样很快替代DDR2，这中间还经历了对SDRAM业界影响深远的金融危机，不但使DDR3占领市场的速度更加减慢，还使DDR3在技术上一度走在世界领先地位的内存大厂奇梦达倒闭，实在是让人惋惜。虽然如此，DDR3现今是并行SDRAM家族中速度最快的成熟标准，JEDEC标准规定的DDR3最高速度可达1600MT/s（注，1MT/s即为每秒钟一百万次传输）。不仅如此，内存厂商还可以生产速度高于JEDEC标准的DDR3产品，如速度为2000MT/s的DDR3产品，甚至有报道称其最高速度可高达2500MT/s。 二、DDR存储器特性 1) 时钟的上升和下降沿同时传输数据 DDR存储器的主要优势就是能够同时在时钟循环的上升和下降沿提取 数据，从而把给定时钟频率的数据速率提高1倍。例如，在DDR200器件中，数据传输频率为200 MHz，而总线速度则为100 MHz。 2) 工作电压低 DDR1、DDR2和DDR3存储器的电压分别为2.5、1.8和1.5V，因此与采用3.3V的正常SDRAM芯片组相比，它们在电源管理中产生的热量更少，效率更高。 3) 延时小 延时性是DDR存储器的另一特性。存储器延时性可通过一系列数字体现，如用于DDR1的2-3-2-6-T1、3-4-4-8或2-2-2-5。这些数字表明存储器进行某一操作所需的时钟脉冲数，数字越小，存储越快。 这些数字代表的操作如下：CL- tRCD – tRP – tRAS – CMD。要理解它们，您必须牢记存储器被内部组织为一个矩阵，数据保存在行和列的交叉点。 ?CL：列地址选通脉冲（CAS）延迟，是从处理器发出数据内存请求到存储
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 信号完整性与高速P C B设 计课程报告 院系：航天学院 班级： 1021202 姓名：凌霄飞鸿 学号： 任课教师：老师 哈尔滨工业大学 2012年
信号完整性与高速PCB设计 任课老师：老师 凌霄飞鸿 1.课程概述与心得体会： 随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高，电子系统设计师们正在从事100MHZ以上的电路设计，总线的工作频率也已经达到或者超过50MHZ，有的甚至超过100MHZ。目前约50% 的设计的时钟频率超过50MHz，将近20% 的设计主频超过120MHz。 当系统工作在50MHz时，将产生传输线效应和信号的完整性问题；而当系统时钟达到120MHz时，除非使用高速电路设计知识，否则基于传统方法设计的PCB将无法工作。因此，高速电路设计技术已经成为电子系统设计师必须采取的设计手段。只有通过使用高速电路设计师的设计技术，才能实现设计过程的可控性。 印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。 1.电源线设计 根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。 2.地线设计 在电子产品设计中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。电子产品中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点：（1）正确选择单点接地与多点接地 在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地的方式。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。 （2）数字地与模拟地分开。 电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。要尽量加大线性电路的接地面积。 （3）接地线应尽量加粗。 若接地线用很细的线条，则接地电位则随电流的变化而变化，致使电子产品的定时信号电平不稳，抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于印制电路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3mm。 （4）接地线构成闭环路。 设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时，将接地线做成闭路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于：印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇
信号完整性背景 信号完整性问题引起人们的注意，最早起源于一次奇怪的设计失败现象。当时，美国硅谷一家著名的影像探测系统制造商早在7 年前就已经成功设计、制造并上市的产品，却在最近从生产线下线的产品中出现了问题，新产品无法正常运行，这是个20MHz 的系统设计，似乎无须考虑高速设计方面的问题，更为让产品设计工程师们困惑的是新产品没有任何设计上的修改，甚至采用的元器件型号也与原始设计的要求一致，唯一的区别是 IC 制造技术的进步，新采购的电子元器件实现了小型化、快速化。新的器件工艺技术使得新生产的每一个芯片都成为高速器件，也正是这些高速器件应用中的信号完整性问题导致了系统的失败。随着集成电路(IC)开关速度的提高，信号的上升和下降时间迅速缩减，不管信号频率如何，系统都将成为高速系统并且会出现各种各样的信号完整性问题。在高速PCB 系统设计方面信号完整性问题主要体现为：工作频率的提高和信号上升/下降时间的缩短，会使系统的时序余量减小甚至出现时序方面的问题；传输线效应导致信号在传输过程中的噪声容限、单调性甚至逻辑错误；信号间的串扰随着信号沿的时间减少而加剧；以及当信号沿的时间接近0.5ns 及以下时，电源系统的稳定性下降和出现电磁干扰问题。
信号完整性含义 信号完整性(Signal Integrity)简称SI，指信号从驱动端沿传输线到达接收端后波形的完整程度。即信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC，则该电路具有较好的信号完整性。反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。从广义上讲，信号完整性问题指的是在高速产品中由互连线引起的所有问题，主要表现为五个方面:
高速USB2．0设备的PCB板设计 通用串行总线(Universal Serial Bus)从诞生发展到今天，USB协议已从1．1过渡到2．O，作为其重要指标的设备传输速度，从1．5 Mbps；的低速和12 Mbps的全速，提高到如今的480 Mbps的高速。USB接口以其速度快、功耗低、支持即插即用、使用安装方便等优点得到了广泛的应用。目前，市场上以USB2．0为接口的产品越来越多，绘制满足USB2．0协议高速数据传输要求的PCB板对产品的性能、可靠性起着极为重要的作用，并能带来明显的经济效益。 USB2．0接口是目前许多高速数据传输设备的首选接口，实践表明：在高速USB主、从设备的研发过程中，正确设计PCB板能充分发挥USB2．O高速性能。但是，若PCB板设计不当，则传输速率可能根本达不到预期目的，甚至会导致高速USB2．0设备只能工作在全速状态。 下面介绍USB2．0设备高速数据传输PCB板设计。 1 USB2．0接口差分信号线设计 USB2．0协议定义由两根差分信号线(D+、D-)传输高速数字信号，最高的传输速率为480 Mbps。差分信号线上的差分电压为400 mV，差分阻抗(Zdiff)为90(1±O．1)Ω。在设计PCB板时，控制差分信号线的差分阻抗对高速数字信号的完整性是非常重要的，因为差分阻抗影响差分信号的眼图、信号带宽、信号抖动和信号线上的干扰电压。差分线2D模型如图1所示。 差分线由两根平行绘制在PCB板表层(顶层或底层)发生边缘耦合效应的微带线(Microstrip)组成的，其阻抗由两根微带线的阻抗及其和决定，而微带线的阻抗(Zo)由微带线线宽(W)、微带线走线的铜皮厚度(T)、微带线到最近参考平面的距离(H)以及PCB板材料的介电常数(Er)决定，其计算公式为：Zo={87/sqrt(Er+1．41)]}ln[5．98H/(0．8W+T)]。影响差分线阻抗的主要参数为微带线阻抗和两根微带线的线间距(S)。当两根微带线的线间距增加时，差分线的耦合效应减弱，差分阻抗增大；线间距减少时，差分线的耦合效应增强，差分阻抗减小。差分线阻抗的计算公式为：Zdiff=2Zo（1-0.48exp(-0.96S/H))。微带线和差分线的计算公式在
高速数字电路设计与实现 ?高速数字电路简介 ?信号完整性 ?电路的调试与测试 ?电路板级设计 1、高速数字电路简介 ?电磁继电器、电子管、晶体管、集成电路 ?空中飞线连接、单面敷铜板、双层电路板、多层电路板 ?从数字电路的发展来看，高速是电路发展的趋势 ?高速数字设计和低速数字设计相比最大差异在于无源元件的行为。这些无源元件包括导线、电路板、集成电路的封装和电路板上的过孔等等。 ?在低速电路中，无源电路元件仅有封装部分对电路造成部分的影响 ?在高速电路中，所有无源电路元件都影响电路的性能。 ?高速数字设计就是研究这些无源电路元件对电路造成的各种影响，如：对信号传输的影响（振铃和反射），信号间的相互作用（串扰），和自然界的相互作用（电磁干扰）等等 ?到底多高的速度才能称为高速？ –目前还没有一个权威的频率界限，工程上一般认为超过30MHz就是高速电路，也有的人认为是25MHz 或50MHz。 –然而在高速电路的设计中，我们更关心的是信号的上升、下降时间。对于频率不高，但是边沿陡峭的信号仍然会存在某些高频信号的特性。 –由于频率较高的信号边沿必定很陡，所以通常把这二者混为一谈。 ?而在高速电路中，由于时钟速率的提高，电路中的连线不能够再被当作理想导线，应该看成是传输线， 电路通常需要用分布参数模型来分析 ?工程上一般认为，对于印刷电路板上的走线或点对点的电导线长度只要大于上升沿长度的1/6，电路就体现出分布参数特性。 2、信号完整性 ?由集成电路芯片构成的电子系统更是朝着大规模、小体积、高速度的方向发展的。 ?信号完整性（Signal Integrity,简称SI）是指在信号线上的信号质量，即实际传输信号与理想信号的一致
信号链基础知识之几个关键的基本概念 一直有人说“一年数字，十年模拟。”。大致意思我猜是说：数字技术相对而言比较简单易懂，而模拟技术是非常深奥难以掌握的。我觉得即便这句话并非“空穴来风”，模拟电子技术也不可能离开那些非常基础的东西而成为美丽、高不可攀的“空中楼阁”。所以说，模拟电子技术的“深不可测”并不应该成为我们畏惧它的原因，相反，我们应该尽量把基础知识打扎实，迎难而上，去体会“模拟技术是一种艺术”！ （1）输入失调电压（Input offset voltage——Vio）： 定义：Vio是使输出电压为零时在运放输入端所加的一个补偿电压。 实际上，由于运放的输入级电路参数不可能绝对对称，所以当输入电压为零时，输出电压并不为零。内部两个差分晶体管的微小差异，通过A倍放大后，即可产生一个不容忽视的输出电压。下图是由输入偏移电压产生的一种极端情况（这个图已把问题说得简单、明了，我就不多说了）， 由此可见，输入偏移电压有时可能使得运放输出级的工作状态进入非线性区。So，要想使运放工作在线性区的话，我们就不得不事先对运放进行调零的操作了！——进行人为地输入一个补偿电压。如下图所示：
（2）输入失调电流（Input Offset Current——Iio）： 碎碎念：对于FET运算放大器来说，由于其输入电阻是“出了名”的极大，以致该类运放的输入失调电流一般是极小的，不至于在运放的输入端产生额外严重的补偿电压。However，反观双极性运算放大器，其输入失调电流在多处情况下是令人无法忍受的，一个有效的处理办法是：尽量使得运放的同相与反相两端保持良好的对称状态，以减小输入失调电流。 （3）负反馈（Negative Feedback）： 由于运放一般具有极大的开环电压增益，所以两个输入端即便是只有很小的电压差，运放的输出级也有可能轻易到达饱和区域。由此，运放几乎只能用于比较器应用了。但是，当引入负反馈后，运放就变成一种非常有用的器件了。引入负反馈能够给放大器的性能带来多方面的改善，比如可以稳定放大倍数、改变输入电阻和输出电阻、展宽频带、减小非线性失真等，考虑到博文的篇幅，留待后文再针对这些情况作专门的分析和讨论。
PCB高速信号电路设计的三大布线技巧详解 PCB 板的设计是电子工程师的必修课，而想要设计出一块完美的PCB 板也并不是看上去的那么容易。一块完美的PCB 板不仅需要做到元件选择和设置合理，还需要具备良好的信号传导性能。本文将会就PCB 高速信号电路设计中的布线技巧知识，展开详细介绍和分享，希望能够对大家的工作有所帮助。 合理使用多层板进行PCB 布线 在PCB 板的实际设计过程中，大部分工程师都会选择使用多层板来完成高速信号布线工作，这种多层板既是必不可少的组成部分，也是帮助工程师降低电路干扰的有效手段。在利用多层板来完成PCB 的高速信号电路设计时，工程师需要合理的选择层数来降低印制板尺寸，充分利用中间层来设置屏蔽，实现就近接地，能有效降低寄生电感，缩短信号传输长度，降低信号间的交叉干扰等等，所有这些方法对高速电路的可靠性工作都是非常有利的。 除了上面所提到的几种利用多层板提升PCB 信号传输可靠性的方法外，还有一部分权威资料显示，同种材料时四层板要比双面板的噪声低20dB。引线弯折越少越好，最好采用全直线，需要转折，可用45 度折线或圆弧转折，可以减小高速信号对外的发射和相互间的耦合，减少信号的辐射和反射。 高速电路器件管脚间的引线越短越好 在进行PCB 高速信号电路的设计和布线过程中，工程师需要尽可能的缩短高速电路器件管脚之间的引线，以为引线越长，带来的分布电感和分布电容值越大，这将会导致高速电路系统发生反射、振荡等。 除了要尽可能的缩短高速电路元件管脚之间的引线之外，在PCB 布线的过程中，各个高速电路器件管脚间的引线层间交替越少越好，就是元件连接过程中所用的过孔越少越好。通常来说，一个过孔可带来约0.5pF 的分布电容，这将
高速数字电路中信号反射的分析及解决方案 1 引言 通常所说的高速数字电路是指电路的频率达到或超过一定数值，而且工作在这个频率之上的电路已经占到整个电子系统一定的份量。实际上，判定一个电路是否为高速电路并不能只从信号的频率去考虑，当信号的传输延迟大于信号上升时间的2O％时，电路板上的信号导线就会呈现出传输线效应，整个系统为分布式系统，此时这种电路即为高速电路。当前，电子系统与电路全面进入高速、高频设计领域。随着IC工艺的不断提高，驱动器的上升沿和下降沿由原来的十几ns 减小到几ns，有的甚至达到ps量级。这时必须要考虑由传输线效应引起的信号完整性反射噪声问题，这已经成为高速数字电路设计中的一个主要问题。 2 信号完整性概述 从广义上讲,信号完整性指的是在高速数字电路中由互连线引起的所有问题。它主要研究互连线与数字信号的电压，电流波形相互作用时，电气特性参数如何影响产品的性能。信号完整性问题主要包括以下四类问题：单一网络的信号反射；多网络间的串扰；电源和地分配中的轨道塌陷；电磁干扰和辐射。在这里主要讨论单一网络的信号反射噪声问题。 3、信号反射噪声的形成 在高速数字电路中，信号在PCB板上沿传输线传输，遇到阻抗不连续时，就会有部分能量从阻抗不连续点沿传输线返回，从而产生反射。其大小与阻抗失配的程度有关，阻抗失配越大，反射就越大。如图1所示： 图1 信号反射示意图 反射系数p = Vreflected /Vincident =(Zt-Zo)/(Zt+Zo)，其中Zt表示负载阻抗，Z o表示传输线阻抗。 从公式中可以看出，当Zt = Zo时反射系数为0，没有反射产生；当Zt ≠ Zo时，将产生反射现象。反射是造成上冲、下冲和振铃的直接原因，是高速数字电路中最常见的信号完整性问题。为了减小由反射造成的信号完整性问题，在所有的高速电路板中必须运用以下3个重要的设计因素：(1)使用可控阻抗的互连线；(2)使用合理的布线拓扑结构。(3)对传输线进行阻抗匹配。 4 端接匹配技术 在高速数字系统中，传输线上阻抗不匹配会引起信号反射，减小和消除反射的方法是根据传输线的特性阻抗在其发送端或接收端进行终端阻抗匹配，从而使源反射系数或负载反射系数为零。传输线的端接通常采用两种策略： (1)使负载阻抗与传输线阻抗匹配，即并行端接；。 (2)使源阻抗与传输线阻抗匹配，即串行端接。 上述两种端接策略各有其优缺点，以下就简要介绍这两类主要的端接方案。 4.1并联端接