1、高速電路與系統(tǒng)互連設(shè)計(jì)中 信號完整性(SI)分析 (之120：綜述),李玉山,西安電子科技大學(xué)電路CAD研究所,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。,圖0-1 五種PCB互連線的形式,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)

2、絡(luò)的各種互連拓?fù)淝闆r,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！,圖0-3 四種信號完整性問題圖解,圖0-4 有振鈴曲線是由于阻抗不匹配造成的反射現(xiàn)象,圖0-5 實(shí)際互連的阻抗不匹配示例,圖0-6 PCB 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,圖0-7 互連線的遠(yuǎn)端和近端串?dāng)_情況,圖0-8 三種電源噪聲和地彈情況,圖0-9 PCB的EMI情況,有損

3、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。,圖0-10 由于有損線造成的上升邊退化,圖0-11 對抗線間串?dāng)_的屏蔽措施剖面說明,圖0-12 為了減小電感，實(shí)際去耦電容過孔的安裝情況,圖0-13 去耦電容消除地彈，仍不如芯片內(nèi)去耦,圖0-14 電纜外加裝扼流圈防止EMI,SI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。,SI仿真用軟件,SPICE（側(cè)重IC的仿真程序） Mentor公司：Hyperlynx Candence公司：SigXP（SigXplorer） Ansoft: HFSS（高頻結(jié)構(gòu)仿真器）、SI2D Agilent公司：ADS,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)