ADS高速电路信号完整性应用实例

高速电路设计是一项非常复杂的过程,随着系统设计的复杂性和集成度的大规模提高,高速电路产生的传输线效应和信号完整性问题经常会使传统方法设计的数字电路无法工作。网络通信与电子技术的飞速发展使得高速电路设计技术已经成为电子系统设计工程师必备的手段。近些年国内外的大量的研究成果,构成了高速电路设计的一个新型学科

第6章 高速电路信号完整性分析与设计-高速信号的开关噪

声分析

近年来，随着数字系统工作的时钟频率大大提高，数字IC 规模的扩大，PCB 板元件和布线密度的急剧增加，同步开关噪声对系统的影响也越来越明显，减小和抑制同步开关噪声方法的研究也成为高速电路设计中一个非常重要的方面。本章将从同步开关噪声的产生机理，现象以及减小措施等方面来进行分析和介绍。

6.1 同步开关噪声的概念

同步开关噪声（Simultaneous Switch Noise，简称SSN）：指当多个器件同时处于开关状6.1.1 SSN噪声及其影响 态，产生瞬间变化的电流（di/dt），在经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起的噪声，有时也被称为同步开关输出噪声（Simultaneous switching output noise，简称SSO），或者称为ΔI 噪声。

如果是由于封

1． 信号完整性研究：什么是信号完整性?

如果你发现，以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了，同样的设计，以前没问题，可是现在却无法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件设计中最核心的问题：信号完整性。早一天遇到，对你来说是好事。

在过去的低速时代，电平跳变时信号上升时间较长，通常几个ns。器件间的互连线不至于影响电路的功能，没必要关心信号完整性问题。但在今天的高速时代，随着IC输出开关速度的提高，很多都在皮秒级，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。另外，对低功耗追求使得内核电压越来越低，1.2v内核电压已经很常见了。因此系统能容忍的噪声余量越来越小，这也使得信号完整性问题更加突出。

广义上讲，信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。

信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。即使布线拓扑结构没有变化，如果采用了信号上升时间很小的IC芯片，现有设计也将处于临界状态或者停

HDMI信号完整性分析

传输线的特征阻抗取决于其结构及材料的选择。图1是一个HDMI线缆的街头部分，其典型结构如图2所示，主要包括线材和连接器部分。

图1：HDMI线缆（局部） 图2：HDMI线缆头部结构 为了能够保证线缆的特征阻抗，首先要保证线材的特征阻抗能够尽量接近目标特征阻抗。图3是HDMI Type A/C线缆所用线材的截面图，确定了材料之后，可以使用2D场求解器确定其特征阻抗，经适当的调整结构参数就可以确定线材个部分的设计尺寸。

图3：Type A/C线材模型

连接器是线缆能够实现可分离连接的关键结构。由于连接器的结构比较复杂，在阻抗控制方面远不及线材容易实现，所以一般的业界规格里面，对连接器区段的阻抗匹配的规格略有放松。即便是如此，对于高速互联的连接器，在控制阻抗方面仍然面临很大的挑战。图4是一款HDMI线缆的特征阻抗测试的结果，该结果表明该连接器区域内存在较大的特这阻抗偏差(超出规格),而且存在特征阻抗较大区域的时间过长等一些列的问题。 图4：某型HDMI连接器特征阻抗测试

结果

透过三维高频结构分析，能够有效预测连接器区段内的散射矩阵，获得结构的高频特性评估的依据。和结构的力学评估类似，高频结构分析

ZS ωp ,()p 1

j ω?p

2

?+:=Source impedance of the driver: parameter vector p must contain: p 0=1 (type), p 1=series resistance (?), p 2=series inductance (H)

You can add parameters to make the source and load impedances as complicated as you like. Properties of the transmission line, source and load

rad/s

Calculation trick: offset the zeroth frequency

slightly from DC to avoid pide-by-zero singularities

rad/s

Hz

Frequencies used to sample Fourier transform functions

Index to frequency points index Horizontal axis for time plots 3.6.6 L

期待解决的问题：

1. 为何AC耦合电容放在TX端；

2. 为何有的电源或地平面要挖掉一块； 3. 搞清楚反射； 4. 搞清楚串扰； 5. 搞清楚地弹； 6. 搞清楚眼图； 7. 搞清楚开关噪声； 8. 各种地过孔的作用； 9. 写一份学习总结。

自己总结：

从微观的角度讲，信号完整性研究的是电子在电场和磁场的作用下是如何运动的，以及这种运动会造成哪些电气特性产生什么变化。

从宏观的角度讲，信号完整性研究的是如何保证信号从源端传送到终端的过程中，失真的程度在要求的范围内。

第1章

四类基本信号完整性问题：

1、 单一网络的信号质量：在信号路径和返回路径上由阻抗突变而引起的反射和失真。 2、 两个或多个网络间的串扰：理想回路和非理想回路耦合的互电容和互电感。 3、 电源分配系统中的轨道塌陷：电源和地网络中的阻抗压降。 4、 来自元件或系统的电磁干扰。

阻抗：

1、 任何阻抗突变，都会引起电压信号的反射和失真。

2、 信号的串扰，是由相邻线条及其返回路径之间的电场和磁场的耦合引起的，信号线间的

互耦合电容和互耦合电感的阻抗决定了耦合电流的值。

3、 电源供电轨道的塌陷，与电源分布系统（PDS）的阻抗有关。 4、 最大的

ZS ωp ,()p 1

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2

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You can add parameters to make the source and load impedances as complicated as you like. Properties of the transmission line, source and load

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Calculation trick: offset the zeroth frequency

slightly from DC to avoid pide-by-zero singularities

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Frequencies used to sample Fourier transform functions

Index to frequency points index Horizontal axis for time plots 3.6.6 L

复习思考题

1． 请写出三个影响EMC的原因，有哪些改善措施？ 2． 单传输线匹配端接有哪些形式，各有什么特点？

3． 差分端接要注意那些问题？

4． 同轴电缆的屏蔽层是单端接地好？还是双端接地好？为什么？

5． 写出五种防止串扰的设计技术

6． 多层板时安排叠层的原则是什么？如下的叠层设计，那一层走高危线的效果最好，为什么？

7． 设计一个8层板，要求两个地层，两个电源层，其他是信号层。如何分布？各有什么优缺点？ 8． 时钟信号的布线应注意哪些？

9． 去藕电容的选择原则是什么？如何计算电容的谐振频率？如何滤除1GHz以上的高频噪声？ 10． 为什么要进行回流设计？有效的措施有哪些？ 11． 12． 13． 芯片A 芯片B 什么是关键长度（电气长度）？如何估算？

如何估算带状线及微带线的等效阻抗？如何建立它们的无损电路模型？ 时序推算题

Tcycle 30 30 Tcomax 10 10 Tcomin 9 8 Tsetup 5 4 Thold 10 2 PCI信号，速率33MHz,其时序参数如下：

PCI信号线 芯 片

A

芯片B

Clk-a C

文章针对信号频率超过GHz的高速串行信号带来的新的信号完整性问题,如：趋肤效应、介质损耗、码间串扰等进行了详细的分析;研究了这些信号完整性问题对于SI仿真的影响;给出解决GHz信号完整性问题的方案,并验证了方案的有效性。

维普资讯

第 7卷第 4期20 0 6年 1 2月

信息 _ 1 2程大学学报J u a fIf r a in E gn e n i ri o r lo no m t n ie r g Unv s y n o i e t

V0 . I 7 No. 4 De 2 o e. o 6

高速 P B设计中 G z C H串行信号的完整性分析与仿真吕平杜晓宁兰巨龙 ,,(. 1信息工程大学信息工程学院，河南郑州 400;2信息工程大学政治部， 50 2 .河南郑州 40 0 ) 50 2

摘要：文章针对信号频率超过 G z的高速串行信号带来的新的信号完整性 1,:肤效 H ' 7题如趋应、介质损耗、间串扰等进行了详细的分析；究了这些信号完整性问题对于 s仿真的影码研 I响；出解决 G z号完整性 1的方案，给 H信" 7题并验证了方案的有效性。 关键词：串行器/串器；号完整性；耗；解信损预加重；图眼中图分类号：N 2 .1 T 99

文章针对信号频率超过GHz的高速串行信号带来的新的信号完整性问题,如：趋肤效应、介质损耗、码间串扰等进行了详细的分析;研究了这些信号完整性问题对于SI仿真的影响;给出解决GHz信号完整性问题的方案,并验证了方案的有效性。

维普资讯

第 7卷第 4期20 0 6年 1 2月

信息 _ 1 2程大学学报J u a fIf r a in E gn e n i ri o r lo no m t n ie r g Unv s y n o i e t

V0 . I 7 No. 4 De 2 o e. o 6

高速 P B设计中 G z C H串行信号的完整性分析与仿真吕平杜晓宁兰巨龙 ,,(. 1信息工程大学信息工程学院，河南郑州 400;2信息工程大学政治部， 50 2 .河南郑州 40 0 ) 50 2

摘要：文章针对信号频率超过 G z的高速串行信号带来的新的信号完整性 1,:肤效 H ' 7题如趋应、介质损耗、间串扰等进行了详细的分析；究了这些信号完整性问题对于 s仿真的影码研 I响；出解决 G z号完整性 1的方案，给 H信" 7题并验证了方案的有效性。 关键词：串行器/串器；号完整性；耗；解信损预加重；图眼中图分类号：N 2 .1 T 99

于博士信号完整性研究网说明

全市旅游行业开展打非治违抓责任活动推进旅游安全三项行动工作方案

????按照山东省旅游局《关于印发〈全省旅游行业开展打非治违抓责任活动推进旅游安全生产三项行动工作方案〉的通知》(鲁旅办发〔2009〕59号)文件要求,市旅游局确定在全市旅游行业开展“打非、治违、抓责任”活动,推进旅游安全执法行动、治理行动、宣传教育行动(以下简称“三项行动”)全面深入实施。特制定本工作方案。
????一、指导思想和目标
????深入贯彻落实科学发展观,坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针,对旅游安全工作实行全员、全过程、全方位管理。以深入开展“安全生产责任落实年”春夏秋冬四大战役和“打非、治违、抓责任”为主线,强化旅游管理,着力解决旅游安全工作中存在的非法违法问题,全面排查治理旅游行业的事故隐患,加强旅游安全宣传教育,增强各地、各单位抓好旅游安全工作的责任感和自觉性,提高旅游从业人员和游客安全意识和安全技能。通过开展“打非、治违、抓责任”活动,推进“三项行动”，全面提升我市旅游安全管理水平,构建旅游安全管理长效机制。
二、重点内容
????(一)开展“打非”工作,推进旅游安全执法行动。重点对下列行为依法进行打击或查处:
1、旅行社未按规定投保