信號完整性--系統化設計方法及案例分析

信號完整性是內嵌于PCB設計中的一項必備內容，無論高速板還是低速板或多或少都會涉及信號完整性問題。仿真或者guideline的確可以解決部分問題，但無法覆蓋全部風險點，對高危風險點失去控制經常導致設計失敗，保證設計成功需要系統化的設計方法。許多工程師對信號完整性知識有所了解，但干活時卻無處著手。把信號完整性設計落到實處，也需要清晰的思路和一套可操作的方法。系統化設計方法是于爭博士多年工程設計中摸索總結出來的一套穩健高效的方法，讓設計有章可循，快速提升工程師的設計能力。

信號完整性（SI）和電源完整性（PI）知識體系中重要的知識點，以及經常導致設計失敗的隱藏的風險點。圍繞這些知識點，通過一個個案例逐步展開系統化設計方法的理念、思路和具體操作方法。通過一個完整的案例展示對整個單板進行系統化信號完整性設計的執行步驟和操作方法。 100條使信號完整性問題小化的通用設計原則；黑龍江信號完整性分析服務熱線

什么是高速電路 高速電路信號完整性分析

在工作中經常會遇到有人問什么是高速電路，或者在設計高速電路的時候需要注意什么。每當遇到這種問題就頭腦發懵，其實不同的產品、不同的人對其都有不同的理解。簡單總結一下基本的一些概念包括對高速電路的理解、什么是信號完整性還有信號的帶寬等。

高速電路的定義

本人從各種資料和書中看到許多關于高速電路的定義，可能不同的產品對于高速信號的定義不同，具體還要看設計的產品類型，簡單整理主要有以下幾種：

1.是指由于信號的高速變化使電路中的模擬特性，如導線的電感、電容等發生作用的電路。

2.信號工作頻率超過50MHz，并且在這個頻率之上的電路已經占到了整個電子系統相當的分量。 廣西通信信號完整性分析信號完整性測試項目可以分為幾大類；

信號完整性分析的傳輸線理論

傳輸線的定義

傳輸線可定義為傳輸電流的有信號回流的信號線，所以，電路板上的走線、同軸電纜、 雙絞線等有信號回流的信號傳輸路徑都可以看作傳輸線。前面我們說過，當信號互連的電路 尺寸接近信號中設計者所關心的比較高頻率的波長時，互連線上不同位置的電壓或電流的大小 與相位均可能不相同，需要用到分布式元件來考慮。

現代的智能手機、計算機、通信設備等電子產品都內含復雜的電路板，這些電路板上的走 線都可以認為是傳輸線，它們負責把各種芯片連接在一起，并相互進行通信，

從頻域上看，判斷是否是高速數字信號的準則不僅是信號的基礎頻率，還包括其高次 波影響。對數字電路而言，邊沿的速率是直觀的因素之一。在工程上可以認為當信號邊沿 時間小于4?6倍的互連傳輸時延時，應考慮信號完整性的行為。

從時域信號波形來看，我們可以看到后面研究的傳輸線的特征阻抗、反射、串擾及 同步開關噪聲等問題都是研究數字信號從0到1和從1到0跳變時的瞬態行為，其與邊沿 速率相關。

這是一個2MHz時鐘信號傳輸的電路，由3807時鐘驅動器輸出（D41）,經過一段電路 板走線（TL1）后接一個電阻（R113）,再經過一段電路板走線（TL2）連到接收端（D40）, 為什么3807的輸出端要串聯一個33。的電阻呢？

通過仿真我們可以看到沒有這個電阻和有這個電阻接收到的信號的差別。

沒有這個電阻時接收到的信號，如圖1.8所示是有這個電阻時接收到的 信號?？梢钥吹疆敍]有這個電阻時信號有很大的過沖和振鈴產生，串聯了這個電阻后問題有 很大的好轉。 信號完整性基本定義是指一個信號在電路中產生相應的能力。

時域數字信號轉換得到的頻域信號如果起來，則可以復現原來的時域信號。如圖1?2 所示描繪了直流頻率分量加上基頻頻率分量與直流頻域分量加上基頻和3倍頻頻率分量，以 及5倍頻率分量成的時域信號之間的差別，我們可以看到不同頻域分量的所造成的時域信號邊沿的差別。頻域里包含的頻域分量越多，這些頻域分量成的時域信號越接近 真實的數字信號，高頻諧波分量主要影響信號邊沿時間，低頻的分量影響幅度。當然，如果 時域數字信號轉變岀的一個個頻率點的正弦波都疊加起來，則可以完全復現原來的時域 數字信號。其中復原信號的不連續點的震蕩被稱為吉布斯震蕩現象。信號完整性分析概述；湖北解決方案信號完整性分析

信號完整性問題，信號完整性的定義；黑龍江信號完整性分析服務熱線

要想得到零邊沿時間的理想方波，理論上是需要無窮大頻率的頻率分量。如果比較高只考 慮到某個頻率點處的頻率分量，則來出的時域波形邊沿時間會蛻化，會使得邊沿時間增大。

如，一個頻率為500MHz的理想方波，其5次諧波分量是2500M,如果把5次諧波以 內所有分量成時域信號，貝U其邊沿時間大概是0.35/2500M=0.14ns,即140ps。

我們可以把數字信號假設為一個時間軸上無窮的梯形波的周期信號，它的傅里葉變換。

對應于每個頻率點的正弦波的幅度，我們可以勾勒出頻譜包絡線. 黑龍江信號完整性分析服務熱線

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