安徽USB测试高速信号传输

克劳德高速数字信号测试实验室

2.1高速信号传输定义

高速信号传输是一定条件下的（电）信号传输，这里的条件对数字（电）信号而言，是指信号传输通道长度与信号带宽波长的关系，对模拟信号而言，无论带宽大小，都被看作高速信号传输。2.1.1信号传输的相关概念（1）电信号在通信、信号处理或者电子工程等技术领域中，任何随时间和空间变化的量都可以称为信号，如果量的变化是连续的，则称为模拟信号，如果量的变化是离散的，则称为数字信号。电信号是指其电压值（电流值）、频率值或相位值随时间变化的量，同样地，电信号也包括模拟电信号和数字电信号。 高速信号传输代替高速信号设计的概念或高速电路设计的概念才能正确处理信号的保形传输问题？安徽USB测试高速信号传输

数字信号的时域特性

例如，一个周期为T=25ns的时钟信号，其时钟频率为f=1/25ns=0.04GHz=40MHz。信号的上升时间通常定义为信号从终值的10%跃变到90%所经历的时间，又称之为10~90上升时间。信号的下降时间定义为从终值的90%跃变到10%所经历的时间。2.1.3数字信号的频域特性任何一个信号都可以由一组正弦波组合而成，在数学上可以将信号波形的数学描述通过傅里叶变换转换为一组正弦波，每一个正弦波称为信号的一个频率分量，每一个频率分量都有相关的幅度和相位，我们把所有这些频率值及其幅度值的称为信号的频谱。信号的波形是时域的表现，信号的频谱是频域的表现，把时域信号以信号的频谱表示称为信号的时域—频域变换，即傅里叶变换。如果我们知道信号的频谱，要观察它的时域波形，只需将每个频率分量变换成它的时域正弦波，再将其全部叠加即可，这个过程称为傅里叶逆变换。
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高速信号传输不正确是电子产品研制过程中经常遇到的问题。例如，产品在调试过程中，某个（些）信号的波形或时序与设计结果略有差异，从而导致产品无法工作或工作状态不稳定；或者产品上电时似乎受到外界莫名其妙的干扰时好时坏；或是产品工作稳定了，却干扰其他电子设备正常工作，或做电磁兼容测试时，不能通过某些电磁兼容测试项目；更多的情况是，某台产品同时出现以上两种或两种以上现象。事实上，信号完整性、电源完整性和电磁兼容性是电子产品走向用户之前必须达到的基本性能，否则产品要么无法稳定工作，要么可能干扰其他电子产品，或可能受到其他电子产品的干扰而无法正常工作。

1.1.2高速信号传输的界定标准

高速信号传输所涉及的个概念和技术，就是界定信号传输是高速信号传输还是低速信号传输。

从工程设计角度来看，高速信号可以定义为：需要对其传输线进行设计，以确保在传输过程中其波形失真度可以接受的那些信号。界定高速信号传输的依据有以下两条。

①对于模拟信号，所有模拟信号传输都应该看作高速信号传输，因为模拟信号传输一般要求传输过程中具有很小的波形失真度。

②对于数字信号，通过分析，若设计该数字信号传输线需要考虑阻抗才能保证信号传输到目的处的失真度可接受，这种情况下的数字信号就是高速信号。 高速信号传输定义条件；

传输线反射系数反射系数包含源-反射系数（SRC）和负载反射系数（LRC），源反射系数是源内阻和特征阻抗关系；负载反射系数是负载阻抗和传输线的关系。信号在传输的过程中如果遇到阻抗突变，就会产生反射，反射电压的大小和入射电压以及传输线的阻抗有关，如下图所示，假设传输线个区域的瞬时阻抗为Z1，第二个区域的瞬时阻抗为Z2。

则反射电压和入射电压的比值为：Vreflected/Vincident=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）范围为：-1到1。传输线不连续导致的多次反射：以末端开路做说明：下图是一个振铃现象产生的示例，信号源的内阻为10Ω，往外发送一个上升时间为1ns、幅值为1V的阶跃信号，经过一段15cm的50Ω传输线，在传输线末端开路测量。很容易得到，在传输线两侧的反射系数分别为-0.667和1，传输线末端的信号幅值。 高速信号传输工程化技术内容；安徽USB测试高速信号传输

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高速数字信号传输电路的设计与仿真

高速数字系统设计成功的关键在于保持信号的完整，而影响信号完整性(即信号质量)的因素主要有传输线的长度、电阻匹配及电磁干扰、串扰等。设计过程中要保持信号的完整性必须借助一些仿真工具，仿真结果对PCB布线产生指导性意见，布线完成后再提取网络，对信号进行布线后仿真，仿真没有问题后才能送出加工。目前这样的仿真工具主要有cadence、ICX、Hyperlynx等。Hyperlynx是个简单好用的工具，软件中包含两个工具LineSim和BoardSim。LineSim用在布线设计前约束布线和各层的参数、设置时钟的布线拓扑结构、选择元器件的速率、诊断信号完整性，并尽量避免电磁辐射及串扰等问题。BoardSim用于布线以后快速地分析设计中的信号完整性、电磁兼容性和串扰问题，生成串扰强度报告，区分并解决串扰问题。作者使用LineSim工具，对信号的阻抗匹配、传输线的长度、串扰进行了仿真分析，并给出了指导性结论。 安徽USB测试高速信号传输

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