信号完整性是许多设计人员在高速数字电路设计中涉及的主要主题之一。信号完整性涉及数字信号波形的质量下降和时序误差,因为信号从发射器传输到接收器会通过封装结构、PCB走线、通孔、柔性电缆和连接器等互连路径。当今的高速总线设计如LpDDR4x、USB3.2Gen1/2(5Gbps/10Gbps)、USB3.2x2(2x10Gbps)、PCIe和即将到来的USB4.0(2x20Gbps)在高频数据从发送器流向接收器时会发生信号衰减。本文将概述高速数据速率系统的信号完整性基础知识和集肤效应、阻抗匹配、特性阻抗、反射等关键问题。信号完整性分析方法信号完整性分析概述。吉林智能化多端口矩阵测试信号完整性分析

数字信号频域分量经过随频率升高损耗加大的传输路径时,接收端收到 的各个频率分量,可以看到,如果这些频率分量要成原来的数字信号的样子,其频谱应 该如虚线所示,而实际上经过传输线后的频谱如实线所示,从而造成信号畸变,从信号眼图 上看眼睛会闭合。
加重(De-Emphasis)和预加重(Pre-Emphasis)的示意图,也就是在发送信 号时降低低频分量或提高高频分量来补偿传输线对不同频率下损耗不一致的影响,使得接收 端的频谱分布和原来想要传输的信号基本一致。 江苏信号完整性分析销售价格100条使信号完整性问题小化的通用设计原则;

3、串扰和阻抗控制来自邻近信号线的耦合将导致串扰并改变信号线的阻抗。相邻平行信号线的耦合分析可能决定信号线之间或者各类信号线之间的“安全”或预期间距(或者平行布线长度)。比如,欲将时钟到数据信号节点的串扰限制在100mV以内,却要信号走线保持平行,你就可以通过计算或仿真,找到在任何给定布线层上信号之间的小允许间距。同时,如果设计中包含阻抗重要的节点(或者是时钟或者高速内存架构),你就必须将布线放置在一层(或若干层)上以得到想要的阻抗。
4、重要的高速节点延迟和时滞是时钟布线必须考虑的关键因素。因为时序要求严格,这种节点通常必须采用端接器件才能达到比较好SI质量。要预先确定这些节点,同时将调节元器件放置和布线所需要的时间加以计划,以便调整信号完整性设计的指针。
要想得到零边沿时间的理想方波,理论上是需要无穷大频率的频率分量。如果比较高只考 虑到某个频率点处的频率分量,则来出的时域波形边沿时间会蜕化,会使得边沿时间增大。
如,一个频率为500MHz的理想方波,其5次谐波分量是2500M,如果把5次谐波以 内所有分量成时域信号,贝U其边沿时间大概是0.35/2500M=0.14ns,即140ps。
我们可以把数字信号假设为一个时间轴上无穷的梯形波的周期信号,它的傅里叶变换。
对应于每个频率点的正弦波的幅度,我们可以勾勒出频谱包络线. 常见的信号完整性测试常用的三种测试;

广义的信号质量还可以泛指包括所有可能引起信号接收、信号时序、工作稳定性或者电 磁干扰方面问题的不正常现象。常见的有如下几方面。
信号传输延迟(Propagation Delay),指由于传输路径的延时造成的信号由发送到接收之 间的时间偏差,其与传输路径的长度和信号传输速度相关,在分析同步信号 时序时需要考虑传输路径引起的延时。
上升下降时间(Rising and Falling Time),通常数据手册将其定义为上升下降沿电压在 10%〜90%的时间。IBIS模型会用上升下降沿电压在20%〜80%的时间,上 升下降沿时间会因为工作环境(供电电压、温度)的变化对器件造成影响;传输路径的特性 (长度,损耗等);信号的负载;信号的干扰(串扰)或者同步开关噪声等产生变化。某些接 收器件会有触发要求,在时序约束要求严格的设计中(DDR2/DDR3/DDR4)也需要考虑上升 下降时间的因素。 克劳德实验室信号完整性测试系统平台;;吉林智能化多端口矩阵测试信号完整性分析
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传输线理论基础与特征阻抗
传输线理论实际是把电磁场转换为电路的分析来简化分析的手段,分布式元件的传输线 电路模型传输线由一段的RLGC元件组成。
为了更简便地分析传输线,引入特征阻抗的概念,由特征阻抗来进行信号传输的分析。 将传输线等效成分段电路模型后,可以用电路的理论来求解。
特征阻抗,或称特性阻抗,是衡量PCB上传输线的重要指标。PCB传输线的特征/ 特性阻抗不是直流电阻,它属于长线传输中的概念。
可以看到特征阻抗是一个在传输线的某个点上的瞬时入射电压与入射电流或者反射电 压与反射电流的比值。和传输阻抗的概念并不一致,传输阻抗是某个端口上总的电压和电流的 比值。只有在整个传输路径上阻抗完全匹配且没有反射存在的情况下,特征阻抗才等于传输阻 抗。 吉林智能化多端口矩阵测试信号完整性分析