EricBogatin著信號完整性PCBSISH

高速電路與系統(tǒng)互連設(shè)計(jì)中信號完整性(SI)分析(之1~2[0]：綜述)CAD研究所1

信號完整性(SI)可以泛指由互連線引起的所有信號電壓電平和電流不正?，F(xiàn)象，包括：噪聲、干擾和時(shí)序等。狹義的信號完整性，是指信號電壓(電流)波形的形狀及質(zhì)量,包括反射和串?dāng)_。由于物理互連造成的干擾和噪聲，使得連線上信號的波形外觀變差，出現(xiàn)了非正常形狀的變形，稱為信號完整性被破壞。信號完整性問題是物理互連在高速情況下的直接結(jié)果。2圖0-1五種PCB互連線的形式3

電路圖給出元器件及其互連關(guān)系。而同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，電屬性相同，其互連拓?fù)潢P(guān)系可能如下：點(diǎn)到點(diǎn)遠(yuǎn)端簇菊花鏈圖0-2單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各種互連拓?fù)淝闆r45物理互連的電阻、電容、電感和傳輸線效應(yīng)影響了系統(tǒng)性能。作者Eric將后果歸結(jié)為四類SI問題：反射(reflection)；串?dāng)_(crosstalk)；電源噪聲（同步開關(guān)SSN、地彈、軌道塌陷）；電磁干擾(EMI)。此種劃分系一家之言！6圖0-3四種信號完整性問題圖解7圖0-4有振鈴曲線是由于阻抗不匹配造成的反射現(xiàn)象8圖0-5實(shí)際互連的阻抗不匹配示例9圖0-6PCB板上線條接有源端串接電阻40(紅色)、無源端串聯(lián)端接電阻(藍(lán)色)負(fù)載端不同的電壓信號10圖0-7互連線的遠(yuǎn)端和近端串?dāng)_情況11圖0-8三種電源噪聲和地彈情況12圖0-9PCB的EMI情況13●有損傳輸線引起數(shù)據(jù)完整性(DI)問題有損傳輸線引起上升邊退化，從而引起符號間干擾或ISI，造成數(shù)據(jù)不完整問題。當(dāng)頻率大于1GHz時(shí)，介質(zhì)損耗的增長與頻率成正比，而導(dǎo)線損耗與頻率的平方根成正比(注意此處的自變量為頻率)。FR4的介質(zhì)損耗對當(dāng)傳輸10inch后，上升邊將增加到100ps。14圖0-10由于有損線造成的上升邊退化15同層屏蔽線GndVDDGnd屏蔽層襯底層(Gnd)

圖0-11

對抗線間串?dāng)_的屏蔽措施剖面說明16圖0-12為了減小電感，實(shí)際去耦電容過孔的安裝情況17去耦電容VDD芯片內(nèi)核Gnd板線鍵合線圖0-13去耦電容消除地彈，仍不如芯片內(nèi)去耦18圖0-14電纜外加裝扼流圈防止EMI19SI的四種分析、描述手段和途徑經(jīng)驗(yàn)法則；解析近似；數(shù)值仿真(有場和路兩種途徑)；實(shí)際測量。

20SI仿真用軟件SPICE（側(cè)重IC的仿真程序）Mentor公司：HyperlynxCandence公司：SigXP（SigXplorer）Ansoft:HFSS（高頻結(jié)構(gòu)仿真器）、SI2DAgilent公司：ADS21測量高速互連的三種主要儀器阻抗分析儀；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)；時(shí)域反射儀(TDR)。22圖0