上海自動(dòng)化信號(hào)完整性分析

什么是信號(hào)完整性

信號(hào)完整性(Signal Integrity)可以泛指信號(hào)電壓、電流在互連結(jié)構(gòu)傳輸過程中的信號(hào)質(zhì) 量問題，包括噪聲、干擾及由其造成的時(shí)序影響等。

什么時(shí)候需要考慮信號(hào)完整性問題呢？

一般來說，傳統(tǒng)的電路學(xué)理論適用于信號(hào)互連的電路尺寸遠(yuǎn)小于傳輸信號(hào)中設(shè)計(jì)者所關(guān) 心的比較高頻率所對(duì)應(yīng)波長的電路結(jié)構(gòu)分析。此時(shí)，信號(hào)的互連等效于一階電路元件，被稱為 集總元件(Lumped Elements):反之，當(dāng)信號(hào)互連的電路尺寸接近傳輸信號(hào)中設(shè)計(jì)者所關(guān)心 的比較高頻率所對(duì)應(yīng)的波長時(shí)，由于互連路徑上不同位置的電壓或電流的大小與相位均可能不 同，信號(hào)的互連等效于多階電路元件，因而被稱為分布式元件(Distributed Elements)。在數(shù) 字世界中，邊沿速率幾乎完全決定了信號(hào)中的比較大的頻率成分，通常從工程經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為當(dāng)信號(hào) 邊沿時(shí)間小于4?6倍的互連傳輸時(shí)延時(shí)，信號(hào)互連路徑會(huì)被當(dāng)作分布參數(shù)模型處理，并需要 考慮信號(hào)完整性的行為。

實(shí)世界里的數(shù)字信號(hào)并不只是0或1的表現(xiàn)，一定會(huì)存在從0到1或從1到0的跳變 過程。 高速電路信號(hào)完整性分析；上海自動(dòng)化信號(hào)完整性分析

PCB的信號(hào)完整性問題主要包括信號(hào)反射、串?dāng)_、信號(hào)延遲和時(shí)序錯(cuò)誤。

1、反射信號(hào)在傳輸線上傳輸時(shí)，當(dāng)高速PCB上傳輸線的特征阻抗與信號(hào)的源端阻抗或負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，信號(hào)會(huì)發(fā)生反射，使信號(hào)波形出現(xiàn)過沖、下沖和由此導(dǎo)致的振鈴現(xiàn)象。過沖（Overshoot）是指信號(hào)跳變的個(gè)峰值（或谷值），它是在電源電平之上或參考地電平之下的額外電壓效應(yīng)；下沖（Undershoot）是指信號(hào)跳變的下一個(gè)谷值（或峰值）。過大的過沖電壓經(jīng)常長期性地沖擊會(huì)造成器件的損壞，下沖會(huì)降低噪聲容限，振鈴增加了信號(hào)穩(wěn)定所需要的時(shí)間，從而影響到系統(tǒng)時(shí)序。

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3. 電路模型

模擬電路模型是描述數(shù)字信號(hào)傳輸途中信號(hào)失真的基本工具。簡(jiǎn)單的模擬電路模型是傳輸線，它描述了信號(hào)在電線上傳輸?shù)倪^程中可能遇到的電路效應(yīng)，包括電容、電感、電阻等。

4. 分析方法

對(duì)于信號(hào)完整性的分析，可以采用幾種不同的方法來評(píng)估系統(tǒng)中信號(hào)的失真和其他問題。常用的方法包括傳輸線建模、頻率響應(yīng)分析和時(shí)鐘失真分析。

總之，信號(hào)完整性是高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，它需要設(shè)計(jì)人員了解基本概念、常見的失真類型和相應(yīng)的分析方法。通過對(duì)信號(hào)完整性進(jìn)行分析和優(yōu)化，可以確保數(shù)字系統(tǒng)在傳輸和處理高速數(shù)據(jù)時(shí)能夠滿足性能和可靠性要求。

信號(hào)的能量大部分集中在信號(hào)帶寬以下，意味著我們?cè)诳紤]這個(gè)信號(hào)的傳輸效應(yīng)時(shí)， 主要關(guān)注比較高頻率可以到信號(hào)的帶寬。

所以，假如在數(shù)字信號(hào)的傳輸過程中可以保證在信號(hào)的帶寬（0.35億）以下的頻率分量（模 擬信號(hào)）經(jīng)過互連路徑的質(zhì)量，則我們可以保證接收到比較完整的數(shù)字信號(hào)。

然而，我們會(huì)在下面看到在考慮信號(hào)完整性問題時(shí)由于傳輸路徑阻抗不連續(xù)對(duì)信號(hào)的反 射，損耗隨頻率的增加而增加的特性等因素，這些頻率分量在傳輸時(shí)會(huì)有畸變，從而造成接 收到的各個(gè)頻率的分量疊加在時(shí)并不能完全保證復(fù)現(xiàn)原有的時(shí)域的數(shù)字信號(hào)。 克勞德高速數(shù)字信號(hào)的測(cè)試,主要目的是對(duì)其進(jìn)行信號(hào)完整性分析；

信號(hào)完整性改善方法：

-添加電源濾波電容和電源抗性；

-添加信號(hào)濾波器；

-減少線路長度；

-減少單板上的信號(hào)層間距離；

-加強(qiáng)屏蔽接地，減少電磁輻射干擾；

-使用差分信號(hào)傳輸，減少串?dāng)_。

綜上所述，理解信號(hào)完整性的基礎(chǔ)知識(shí)并掌握常用的測(cè)試方法，對(duì)于設(shè)計(jì)高速數(shù)字系統(tǒng)以及解決信號(hào)干擾和失真問題非常重要。

總之，信號(hào)完整性是高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，它需要設(shè)計(jì)人員了解基本概念、常見的失真類型和相應(yīng)的分析方法。通過對(duì)信號(hào)完整性進(jìn)行分析和優(yōu)化，可以確保數(shù)字系統(tǒng)在傳輸和處理高速數(shù)據(jù)時(shí)能夠滿足性能和可靠性要求。 100條估計(jì)信號(hào)完整性效應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)法則；上海信號(hào)完整性分析檢修

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