信號(hào)完整性背誦版(共6頁(yè))

1、1、導(dǎo)致信號(hào)(xnho)上升沿退化的原因有哪些當(dāng)信號(hào)沿著(yn zhe)有損線傳輸時(shí)，高頻分量(fn ling)的幅度減小而低頻分量的幅度不變。由于這種選擇性的衰減導(dǎo)致信號(hào)的帶寬降低，造成信號(hào)上升邊退化；耦合到臨近線上造成的損耗會(huì)引起信號(hào)上升邊的退化；即使是無(wú)損傳輸線，阻抗突變也會(huì)導(dǎo)致上升邊的退化；傳輸線突變，信號(hào)反射引起上升邊退化高頻信號(hào)被反射回到源端，最終由終端電阻或源端驅(qū)動(dòng)器阻抗吸收和損耗，從而引起上升邊退化；有損傳輸線中存在色散，高頻分量比低頻分量傳輸速度快，上升沿不同的頻率成分傳輸速度不同，引起上升邊退化；在傳輸線中，介質(zhì)的偶極子吸收信號(hào)的能量而引起信號(hào)在遠(yuǎn)端衰減，這些能量并不能使底

2、板變得很熱，但它足以引起上升邊的退化，頻率越高，交流漏電導(dǎo)率就越高，介質(zhì)中的功率損耗也就越高。（當(dāng)信號(hào)沿著傳輸線傳播時(shí)，接收端有五種方式的能量損耗：輻射損耗(EMI)；耦合到鄰近的線條上串?dāng)_；阻抗不匹配引起的反射；導(dǎo)線損耗；介質(zhì)損耗。其中耦合到鄰近線上的損耗很重要，它將引起信號(hào)上升邊的退化。）2、為什么減少EMI要控制振鈴現(xiàn)象？振鈴是由源端和遠(yuǎn)端的阻抗突變、兩端之間不斷往復(fù)的多次反射引起的，所以，如果能至少在一端消除反射，就可以減小振鈴噪聲。當(dāng)信號(hào)在傳輸線的時(shí)延高于信號(hào)上升沿的20%時(shí)，信號(hào)中就會(huì)出現(xiàn)明顯的振鈴現(xiàn)象。有振鈴的帶寬明顯高于沒(méi)有振鈴時(shí)的帶寬。此時(shí)，各次諧波的幅度會(huì)下降的很快，但同時(shí)

3、各次諧波的輻射能力會(huì)很快的上升，會(huì)造成很大的電磁干擾。信號(hào)在傳輸線上傳輸時(shí)，當(dāng)源內(nèi)阻小于傳輸線的特性阻抗時(shí)，源端出現(xiàn)負(fù)反射，高阻抗遠(yuǎn)端將會(huì)出現(xiàn)正反射，從而導(dǎo)致信號(hào)在傳輸線上多次反射，在遠(yuǎn)端會(huì)出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象。振鈴現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生高頻信號(hào)，當(dāng)振鈴頻率高于原始信號(hào)帶寬時(shí)，信號(hào)的帶寬會(huì)被附加的振鈴高頻信號(hào)拓寬，更高頻成份的出現(xiàn)一般會(huì)提高輻射的等級(jí)，而且振鈴現(xiàn)象還可能會(huì)使高頻分量的幅度增加，這將使其輻射的幅度也大大增加。所以減少EMI要控制振鈴現(xiàn)象。3、詳細(xì)描述一下(yxi)串?dāng)_的機(jī)制串?dāng)_是指有害信號(hào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移(zhuny)到相鄰網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)信號(hào)沿傳輸線傳播(chunb)時(shí)，信號(hào)路徑和返回路徑之間將產(chǎn)生電力線，

4、圍繞在信號(hào)路徑和返回路徑周圍也有磁力線圈，這種延伸出去的場(chǎng)即為邊緣場(chǎng)。當(dāng)一個(gè)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)處于一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的邊緣場(chǎng)之中時(shí)，在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中就會(huì)有邊緣場(chǎng)產(chǎn)生的容性耦合和感性耦合。互容和互感都與串?dāng)_有關(guān)，當(dāng)返回路徑是很寬的均勻平面時(shí)，容性耦合電流和感性耦合電流大抵相當(dāng)；當(dāng)返回路徑是非均勻平面時(shí)，感性耦合電流大于容性耦合電流。靜態(tài)線上的噪聲是由動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的dI/dt驅(qū)動(dòng)的，它通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)時(shí)（即信號(hào)的上升邊和下降邊處）發(fā)生，因此稱為開(kāi)關(guān)噪聲。當(dāng)一條導(dǎo)線相距較遠(yuǎn)時(shí)，邊緣場(chǎng)耦合和串?dāng)_非常小，當(dāng)這條導(dǎo)線在邊緣場(chǎng)附近時(shí)，產(chǎn)生的耦合和串?dāng)_就很大。減小串?dāng)_的方法：1. 增加信號(hào)路徑之間的間距；2. 減小信號(hào)路徑的特性阻抗

5、；3. 用寬的均勻平面作為返回路徑；4. 使耦合長(zhǎng)度盡量短，使用芯片最小尺寸封裝和高密度互連線；5. 在帶狀線層布線；6. 使用介電常數(shù)較小的疊層；7. 在封裝和接插件中不要共用返回引腳；8. 使用兩端和整條線上有短路過(guò)孔的防護(hù)布線。4、什么是地彈，怎么產(chǎn)生，怎么減少？當(dāng)相鄰電流的方向相反時(shí)，如回路的兩條支路中其中一條是另一條的返回路徑時(shí)，有效電感決定了回路電流變化時(shí)支路兩端感應(yīng)電壓的大小，則在返回路徑上所產(chǎn)生的電壓稱為地彈。地彈是產(chǎn)生開(kāi)關(guān)噪聲和EMI的主要原因，主要與返回路徑的總電感有關(guān)。減少地彈的方法：A盡可能減少回路電流的變化；B使用短且寬的互連線以減少返回路徑的局部自感；C增大信號(hào)路徑

6、和返回路徑的距離以增大兩支路間的互感；D增加返回路徑的數(shù)量，使它們沒(méi)有公用的返回路徑；E當(dāng)快速前沿和多個(gè)信號(hào)同時(shí)在參考平面上切換時(shí)，要減小返回路徑上的阻抗；F在多層板中，當(dāng)信號(hào)路徑必須面臨不同電平的參考層時(shí)，要使參考平面間的介質(zhì)盡可能薄。5、信號(hào)完整性的廣義和狹義(xiy)定義？答：信號(hào)(xnho)完整性(SI)可以泛指由互連線引起的所有信號(hào)電壓電平和電流不正?，F(xiàn)象，包括：噪聲(zoshng)、干擾和時(shí)序等。狹義的信號(hào)完整性，是指信號(hào)電壓(電流)波形的形狀及其質(zhì)量,包括反射和串?dāng)_。由于物理互連造成的干擾和噪聲，使得連線上信號(hào)的波形外觀變差，出現(xiàn)了非正常形狀的變形，稱為信號(hào)完整性被破壞。電源分配

7、系統(tǒng)的地彈指什么？怎么消去？為什么？電源分配系統(tǒng)(PDS)中的地彈指軌道塌陷，當(dāng)通過(guò)電源和地路徑的電流發(fā)生變化時(shí)，在電源和地路徑間的阻抗上將產(chǎn)生一個(gè)壓降，這個(gè)壓降意味著供給芯片的電壓減小了。引起PDS地彈的基本原因是串聯(lián)在電源路徑的大電感引起di/dt跳變，或者說(shuō)是串聯(lián)阻抗引起了跳變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，又稱感應(yīng)電壓。所以要求與PDS的串聯(lián)阻抗或串聯(lián)電感越小越好。解決問(wèn)題途徑是：在降低總回路電感的同時(shí)添加電源-地間去耦電容。然而，去耦電容器與回路電感不同，他是與電源并聯(lián)的。這樣，設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是：在并聯(lián)供電電壓發(fā)生跳變時(shí)發(fā)揮電容電壓不能突變的固有穩(wěn)壓效果！當(dāng)然同時(shí)也要降低與其串聯(lián)的電感和電阻值，為的是將

8、電容能剝離出來(lái)讓其盡量接近去耦端。減小電源分布系統(tǒng)的回路電感和減小返回平面的有效電感以減小SSN、地彈和EMI。7、反射的原理？產(chǎn)生反射信號(hào)是為了滿足兩個(gè)重要的邊界條件。信號(hào)到達(dá)瞬態(tài)阻抗不同的兩個(gè)區(qū)域（區(qū)域1和區(qū)域2）的交界面時(shí)，在信號(hào)/返回路徑的導(dǎo)體中僅存在一個(gè)電壓和一個(gè)電流回路。無(wú)論是從區(qū)域1還是從區(qū)域2看過(guò)去，交界面兩側(cè)的電壓和電流都必須是相同的。邊界處不可能出現(xiàn)電壓不連續(xù)，否則此處會(huì)有一個(gè)無(wú)限大電場(chǎng)；也不可能出現(xiàn)電流不連續(xù)，否則會(huì)有一個(gè)無(wú)限大的磁場(chǎng)。假如沒(méi)有產(chǎn)生返回源端的反射電壓，同時(shí)又要維持分界面兩側(cè)的電壓和電流相等(xingdng)，就需要關(guān)系式V1=V2，I1=I2。而I1=V1

9、/Z1，I2=V2/Z2同時(shí)成立，顯然，當(dāng)兩個(gè)區(qū)域的阻抗不同時(shí)，這四個(gè)關(guān)系式絕不可能同時(shí)成立。為了使整個(gè)(zhngg)系統(tǒng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定，區(qū)域1中產(chǎn)生了一個(gè)反射回源端的電壓(diny)。它的唯一目的就是吸收入射信號(hào)和傳輸信號(hào)之間不匹配的電壓和電流，入射信號(hào)穿越分界面時(shí)，產(chǎn)生了反射電壓和電流，從而使分界面兩側(cè)的電壓和電流回路相匹配。解決方法：1. 使用可控阻抗互連線；2. 傳輸線末端至少有一個(gè)終端匹配；3. 使用能使多分支產(chǎn)生影響最小的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；4. 最小化幾何結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性。8、差分信號(hào)與單端信號(hào)相比，有什么優(yōu)點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)：1. 輸出驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的dI/dt會(huì)比單端信號(hào)線上大幅降低，從而減小了軌道塌陷

10、和電磁干擾(EMI)的來(lái)源；2. 與單端放大器相比，接收器中的差分放大器可以有更高的增益；3. 差分信號(hào)在一對(duì)緊耦合差分對(duì)中傳播，對(duì)付串?dāng)_和返回路徑中突變的魯棒性較好；4. 因?yàn)槊總€(gè)信號(hào)都有自己的返回路徑，所以差分信號(hào)通過(guò)接插件或封裝時(shí)，不易受到開(kāi)關(guān)噪聲的干擾；5. 使用價(jià)格低廉的雙絞線即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸；6. 和PDS的電源、地實(shí)現(xiàn)有效(yuxio)隔離。缺點(diǎn)(qudin)：1. 存在(cnzi)導(dǎo)致EMI的潛在內(nèi)因。一旦共模分量出現(xiàn)，可能使輸出(驅(qū)動(dòng))到外部雙絞線上產(chǎn)生EMI問(wèn)題；2. 與單端信號(hào)傳輸相比，傳輸需要兩倍數(shù)量的信號(hào)線；3. 需要理解新原理和設(shè)計(jì)規(guī)則，設(shè)計(jì)復(fù)雜程度增加。9、端接

11、有哪些結(jié)構(gòu)？傳輸線什么情況下要端接？答：（1）點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)渫ㄓ迷炊硕私臃譃椋涸炊舜B端接、遠(yuǎn)端并連端接、遠(yuǎn)端戴維南端接、遠(yuǎn)端RC端接。（2）信號(hào)在遠(yuǎn)端高阻抗開(kāi)路端和近端低阻抗驅(qū)動(dòng)間反彈。如果到線短，雖然發(fā)生反射，但他們被上升或下降沿掩蓋了。當(dāng)傳輸線時(shí)延TD信號(hào)上升時(shí)間的20%時(shí)，就要開(kāi)始考慮由于導(dǎo)線沒(méi)有終端端接而產(chǎn)生的振鈴縱聲。時(shí)延大于上升時(shí)間的20%時(shí)，振鈴噪聲會(huì)影響電路功能，必須加以控制，否則它將是造成信號(hào)完整性問(wèn)題的隱患。但實(shí)際上隨著時(shí)鐘頻率的越發(fā)提高，目前信號(hào)上升時(shí)間下降至0.25ns，為了避免振鈴噪聲造成大的影響，沒(méi)有終端端接傳輸線的最大長(zhǎng)度大約為0.25in，幾乎所有互連線的長(zhǎng)度都大

12、于這個(gè)值。所以，對(duì)于目前和未來(lái)的所有產(chǎn)品，端接策略是必須的。10、信號(hào)導(dǎo)線與返回導(dǎo)線間是絕緣體，除遠(yuǎn)端外，電流如何從信號(hào)導(dǎo)線流到返回導(dǎo)線？把傳輸線描述為一連串的小電容的零階模型。其中電容兩端的電壓變化是引起電流流過(guò)電容的惟一原因。若電容兩端的電壓恒定不變，就沒(méi)有電流流過(guò)電容。當(dāng)信號(hào)加到傳輸線上時(shí)，信號(hào)路徑與返回路徑兩導(dǎo)線之間的電壓就會(huì)迅速升高。正是在電壓的前沿經(jīng)過(guò)時(shí)，電容兩端的電壓發(fā)生了變化，電流流過(guò)分布電容，電流才從信號(hào)路徑流到返回路徑上。眼圖描述高速鏈路信號(hào)質(zhì)量的常用度量手段是眼圖。偽隨機(jī)位流(眼圖的輸入)的模式可以代表所有可能的位流模式。選用時(shí)鐘參考作為(同步)觸發(fā)點(diǎn)，仿真或測(cè)量(偽隨機(jī)

13、bps流作輸入信號(hào)；時(shí)鐘作同步信號(hào))。從位流中取出接收到的每一個(gè)周期去覆蓋前一個(gè)接收到的周期，這樣許許多多的周期將被疊加在一起，這組疊加的波形看起來(lái)像是睜開(kāi)的眼睛，稱為眼圖。眼圖的閉合是對(duì)位錯(cuò)誤率的度量，眼圖的睜開(kāi)度越小，位錯(cuò)誤率越高。電路板設(shè)計(jì)中有三個(gè)因素影響(yngxing)眼圖質(zhì)量：1.過(guò)孔的容性突變(tbin)2. 導(dǎo)線(doxin)損耗 3. 介質(zhì)損耗。對(duì)應(yīng)1：要將那些敏感的信號(hào)線設(shè)計(jì)成具有最少的過(guò)孔(過(guò)孔最小化)；然后優(yōu)化孔徑尺寸、反焊盤(pán)出砂孔和捕獲焊盤(pán)，為的是將過(guò)孔電容值與信號(hào)/返回路徑間的回路電感設(shè)法匹配，使得過(guò)孔阻抗與傳輸線阻抗盡量接近。這樣可以使上升邊退化最小化。對(duì)應(yīng)2：如果介質(zhì)厚度允許改變以使線阻抗維持不變，則信號(hào)線條寬度就是造成導(dǎo)線損耗和衰減的主導(dǎo)因素。增加線寬將降低導(dǎo)線損耗。對(duì)應(yīng)3：若將過(guò)孔優(yōu)化并使線寬保持在10mil以下，則其它能夠調(diào)節(jié)衰減的惟一因素就是疊層材料的耗散因子。采用低損耗疊層材料將進(jìn)一步減小衰減