高速pcb设计的信号完整性分析与分析

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1、万方数据1．3．2信号完整性分析的基本概念信号完整性，指的是电路系统中信号从驱动端出发，沿传输线到达接收端后信号的完整程度。通常而言，如果在限定的时间里，信号从源端传输到接收端而不失真，则认为该信号是完整的。反之就是出现了信号完整性问题。信号完整性需要考虑的问题主要有反射(Reflection)、串扰(crosstalk)、同步开关噪声(SimultaneousSwitchNoise，缩写SSN)、地反弹(groundbounce)以及电磁干扰(ElectroMagneticInterference，缩写EMI)等等。在传输线上，信号从源端出

2、发，沿着传输线进行传输，最终到达接收端后，由于传输线上发生了阻抗不匹配，一部分的信号能量从接收端又返回到源端的现象就叫做反射，反射会导致信号波形发生信号过冲(overshot)和下冲(undershot)等畸变，多次反射更会直接导致振铃(Ringing)以及环绕振荡(Rounding)[6]。反射程度可以用反射系数p来表示。在传输线上，由于电磁耦合现象，传输线上的信号对周边的传输线产生了电压噪声干扰就叫做串扰。通常而言，传输线之问的互感和互容导致了串扰的发生。在PCB设计中，串扰的强度与元件和导线的几何尺寸以及相互距离相关。元件从开状态向关状

3、态(或者从关状态向开状态)转变的瞬间，瞬间变化的电流被诱发产生，这种瞬问变化的电流在回流途径上一旦流经电感，就会产生交流压降，从而引起的噪声就叫做同步开关噪声。地反弹描述的现象是，地平面的电压产生波动，使得芯片的地和系统的地的电压不一致，这种现象由封装电感引起。地反弹指的就是地线上出现的地平面反射噪声。如果是由于封装的电感引起芯片与系统的电源差异，称之为电源反弹(PowerBounce)。电磁干扰指的是电磁波和电子元件发生作用后产生的干扰现象。传导干扰和辐射干扰都属于电磁干扰。两种情况描述的都是把信号耦合到另一个电网络上的现象，传导干扰和辐射

4、干扰的区别在于信号耦合的媒介不同，一个是利用导电介质，另外一个则是利用空间。1．4本文的主要研究工作以及内容安排随着现代科技的不断发展，产品的电子性能和各项指标要求不断提高，高速数字设计越来越普及，信号完整性问题得到了广泛的关注。高速PCB设计与信号完整性仿真分析的关系变得越来越紧密。本文对包括反射问题、串扰问题以及同步开关噪声问题在内的信号完整性问题进行了分析介绍，完成了内存条PC3一RDIMM的PCB走线设计，并验证了信号完整性问题的各种解决方案。以下是各个章节的安排。万方数据第一章简单介绍了本课题研究的背景与现实意义，介绍了国内外高速P

5、CB设计以及信号完整性分析研究的现状及其当前的发展动态。简单介绍了高速PCB设计与信号完整性分析的基本概念，包括高速电路的定义，信号完整性分析的基本概念等。最后介绍了本文的主要研究工作以及内容安排。第二章介绍了信号完整性的基本理论。阐述了基本的电磁场理论，介绍了基本的高速电路理论，包括时域与频域分析，集总系统与分总系统，介绍了四种典型的电抗，高速数字信号及其模拟特性。介绍了包括传输线的物理模型，传输线的特性参数和传输线的工作状态在内的传输线基础理论。第三章介绍了包括反射问题、串扰问题以及同步开关噪声问题在内的信号完整性的基本问题。分析了信号完

6、整性问题产生的机理，总结出各种解决方案。并简单介绍了其它常见的信号完整性问题。第四章介绍了内存条的基本原理。包括内存条的分类与发展、内存条的芯片、内存条的模组以及内存条模块信号设计。包括时钟信号的设计、CS和CKE信号的设计、地址及控制线的设计、数据信号线的设计、电源、参考电压Vref及去耦电容的设计。描述了内存条PC3一RDIMM的原理图及PCB图。第五章介绍了常用SI仿真工具，常用仿真模型。介绍了仿真分析流程，对内存条PC3一RDIMM的PCB进行仿真分析，验证信号完整性问题的解决方案。第六章是总结与展望，对整篇论文做出了总结，并对未来工

7、作做出展望。万方数据第二章信号完整性的基本理论信号完整性设计，综合了很多学科的理论，相对而言属于一门较为综合的学科。信号完整性问题从发现之初到现在，经历了快速的发展，已经日趋完善。信号完整性拥有以电磁场理论、高速电路理论以及传输线理论为基础的一整套的理论体系。2．1电磁场理论概述电磁场理论是信号完整性的基础理论之～，高速PCB设计中的信号完整性问题，究其根本是由于在高速PCB设计中，电路上的电磁场发生变化而造成的。分析、研究信号完整性问题需要对电磁场的基本理论充分理解。电磁场理论很重要的一个理论基础即是麦克斯韦方程组。麦克斯韦总结前人电磁学全

8、部成就，大胆提出了“涡旋电场”与“位移电流”的假设，并且把稳恒电场与磁场的规律加以推广，得到一般的宏观电磁规律一麦克斯韦方程组[7]。麦克斯韦方程组的积分形式见公式