信号完整性基础_PPT.pdf

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1、信号完整性基础1信号完整性问题过冲（overshoot/undershoot)振铃(ringing/ringback)非单调性(non-monotonic)码间串扰（ISI）同步开关噪声（SSN）噪声余量(noisemargin)串扰(crosstalk)信号完整性（SignalIntegrity）主要包括以下几方面问题：1.过冲（Overshoot/Undershoot)一般IC对于过冲的高度和宽度的容忍度都有指标。因为过冲会使IC内部的ESD防护二极管导通，通常电流有100mA左右。信号长期的过冲会使IC器

2、件降质，并是电源噪声和EMI的来源之一。2.振铃（Ringing/RingBack）振铃会使信号的threshold域值模糊，而且容易引起EMI。3.非单调性(Non-monotonic)电平上升过程中的平台会产生非单调性，这有可能对电路有危害，特别是针对异步信号如：Reset、Clock等会有影响。4.码间串扰（ISI）主要是针对高速串行信号。其产生的本质是前一个波形还没有进入稳态，另外也有可能是传输线对不同频率衰减不同所造成的。一般通过眼图来观察，方法是输入一伪随机码，观察输出眼图。5.同步开关噪声（SSN

3、）同步开关噪声会使单根静止的信号线上出现毛刺?V，另外还会影响输入电平的判断。SSN的另一种现象是SSO（同步开关输出），这会使得传输线的特性如阻抗、延时等特性发生改变。6.噪声裕量（NoiseMargin）控制噪声余量的目的是防止外界干扰，用于克服仿真没有分析到的一些次要因素。一般对于TTL信号应留有200~300mV的余量。7.串扰（Crosstalk）串扰主要有线间串扰、回路串扰、通过平面串扰（常见于数模混合电路）三种形式。2信号完整性问题（续1）通常示波器所观察到的数字信号。3信号完整性问题（续2）图中

4、为各相关的信号完整性参数：•Overshoot、Undershoot指信号的过冲。•Ringback指信号的振铃。•Plateau指信号在上升过程中的平台。•NMH指逻辑为高信号的噪声余量。•NML指逻辑为低信号的噪声余量。4信号完整性问题（续3）该图演示了存在码间干扰（ISI）时观察到的波形。图中很多地方前一个高电平还未稳定下来时，后一个低电平又到了，反之亦然。5信号完整性问题（续4）将每一个周期内所有由低到高（如Bit7）、全高（如Bit11）、由高到低（如Bit8）、全低（如Bit14）四种波形重叠起来就

5、形成了所谓的眼图。6信号完整性问题（续5）高速串行信号的传输质量主要是通过眼图中眼睛的张开度来衡量。7信号完整性问题（续6）通过眼图测量信号高电平和低电平时的噪声余量，以及信号的建立和保持时间。8信号完整性问题（续7）左图演示的是同一根传输线对于不同频率信号产生的反射叠加不同，会引起码间串扰。右图演示的是由于码间串扰使得输入端信号判决点的延后，以及信号由低变高的起始点变为负电平。9信号完整性问题（续8）同步开关噪声使得电源VDD有跌落（PowerDroop），地平面GND有反弹（GroundBounce），最终

6、使得信号的上升下降沿产生了平台，影响信号阈值的判断，从而会影响时序。10信号完整性问题（续9）该图演示了一个完整的包括电源系统、芯片内部、封装和PCB走线的模型，包括了IC芯片内部固有的封装电感、I/O管脚的电容等。11高速数字电路的特征非等势体上升、下降时间电长度、关键长度数字方波的频谱何谓高速信号呢？高速信号又具有哪些特征？1.非等势体高速信号之所以产生信号完整性的问题，主要是由于对于高速信号，通常传输线的两端（输出端、输入端）不再是等势体。因为当信号在传输线上的传输延迟时间大于信号在输出端的上升时间时，表

7、明当输出端已经变为高电平时，输入端的信号幅度还没有改变，仍为低电平。所以此时两者不再是等势体。2.上升/下降沿时间信号是否被看作为高速信号，和信号的周期关系不大。只要信号的上升沿或下降沿很陡，它都有可能是高速信号。当然如果信号的周期较短，其上升下降沿必然很陡，当然也就是高速信号了。3.电长度和关键长度关键长度Lcritical=Tr×v/2，Tr指信号的上升时间，v指信号的传播速度，通常为6inch/ns。若Lline

8、s。Lphysical为传输线物理长度，v为信号在介质中的传播速度。通常1ns约相当于6inch。4.数字方波的频谱数字方波信号的分析最起码要达到5倍f0（f0为方波的基频）。12高速数字电路的特征（续1）图中演示的是信号的上升时间以及信号沿传输线由输出端到输入端的传输延迟距离。13高速数字电路的特征（续2）图中的公式为方波的傅立叶展开，其中T为方波信号的周期，t为方波信号的上升/下降