《信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计》
《信号完整性分析与设计》读书笔记思维导图

11.3 EMI 与SI、PI 的关系
04
11.4 电流 回路的辐射
06
11.6 接 “地”之 “迷”
05
11.5 PCB 中主导EMI 的互连结构
11.8 小结
11.7 EMI设计要点
参考文献
12.1 数字器件的选 择与电路设计
12.2 电磁屏蔽与滤 波设计
12.3 参考平面的分 析与设计
5
参考文献
4.1 一般互连与非 理想互连
4.2 走线突变
4.3 过孔
4.4 参考平面不连 续
4.5 连接器 4.6 封装
4.7 小结 参考文献
5.1 信号带宽与上 升边
5.2 互连线的特性 区域
5.3 集总建模与宽 带建模
5.4 基于TDR测量的 走线突变建模
5.6 小结
5.5 基于电流通路 的过孔建模与仿真
1.4 SI、PI和EMI 协同设计
1.6 EMI的源头设 计策略
1.5 PDN影响SI
参考文献
2.1 电阻 2.2 电感
2.3 电容 2.4 传输线基础
2.5 高速及高频的 概念
2.6 高速互连的表 征
2.7 差分传输线 参考文献
1
3.1 反射
2
3.2 串扰
3
3.3 同时开关 噪声
4
3.4 小结
01
7.1 集成 电路的功率 传输
02
7.2 PDN的 组成
03
7.3 电源/ 地平面噪声 的产生与传 播
04
7.4 基于 目标阻抗的 PDN设计
06
7.6 PDN 集总分析技 术
05
7.5 平面 PDN常用的 建模技术
高速电路信号完整性分析与设计九--电源完整性分析

第9章高速信号的电源完整性分析在电路设计中,设计好一个高质量的高速PCB板,应该从信号完整性(SI——Signal Integrity)和电源完整性(PI——Power Integrity )两个方面来考虑。
尽管从信号完整性上表现出来的结果较为直接,但是信号参考层的不完整会造成信号回流路径变化多端,从而引起信号质量变差,连带引起了产品的EMI性能变差。
这将直接影响最终PCB板的信号完整性。
因此研究电源完整性是非常必要和重要的。
9.1 电源完整性概述虽然电子设计的发展已经有相当长的历史,但是高速信号是近些年才开始面对的问题,随之出现的电源完整性的许多概念并不为大多数人所了解。
这里,对其中涉及到的一些基本名词做些简单的介绍。
9.1.1 电源完整性的相关概念电源完整性(Power Integrity) :是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。
虽然电源完整性是讨论电源供给的稳定性问题,但由于地在实际系统中总是和电源密不可分的,通常把如何减少地平面的噪声也做为电源完整性的一部分讨论。
电源分配网络:电源分配网络的作用就是给系统内所有器件或芯片提供足够的电源,并满足系统对电源稳定性的要求。
同步开关噪声(Simultaneous Switch Noise,简称SSN):是指当器件处于开关状态,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,从而引起噪声,所以也称为Δi噪声。
同步开关噪声包括电子噪声、地弹噪声、回流噪声、断点噪声等。
它对电源完整性的影响表现为地弹和电源反弹。
地弹噪声:它是同步开关噪声对电源完整性影响的表现之一。
是指芯片上的地参考电压的跳动。
当大量芯片的输出同时开启时,将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过,芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声,这样会在真正的地平面(0V)上产生电压的波动和变化,这个噪声会影响其它元器件的动作。
信号完整性与电源完整性的研究与仿真的开题报告

信号完整性与电源完整性的研究与仿真的开题报告一、选题背景及意义信号完整性和电源完整性感性地理解,即不同的信号和电源是否能够在电路中保持其原始状态。
在高速PCB设计中,信号完整性问题和电源完整性问题是非常普遍的,它们会产生各种各样的电路干扰,如噪音、电磁干扰等等,从而导致电路性能的下降或者系统功能的失效。
因此,实现信号完整性和电源完整性对于保证电路性能和系统可靠性是至关重要的。
然而,在高速PCB设计中,对于信号完整性和电源完整性的研究与仿真是一个非常重要的环节。
二、研究目标本研究的主要目标是探讨信号完整性和电源完整性在高速PCB设计中的关键问题,例如信号的传输和噪声的抑制、电源的供电质量和稳定性等等。
通过对实验和仿真的比较,分析影响信号完整性和电源完整性的因素,并提供相应的设计方法和方案。
三、研究内容与步骤1、了解信号完整性和电源完整性相关的理论知识。
2、分析信号完整性和电源完整性的影响因素。
3、研究现有的信号完整性和电源完整性仿真方法,并结合实验进行对比分析。
4、验证设计方案,通过仿真分析和实验验证,确定最优解决方案。
5、总结研究成果,提出针对信号完整性和电源完整性研究的未来发展方向。
四、预期成果与创新点预计本研究将通过实验和仿真,提供了解信号完整性和电源完整性在高速PCB设计中的关键问题的详细分析,为保证电路性能和系统可靠性提供设计方案和方法,并为相关领域的研究提供创新点。
五、研究方法本研究采用实验和仿真相结合的方法,通过实验验证仿真结果的准确性,并通过仿真得到更多有价值的信息。
在实验方面,将借助现有的测试设备进行测试,如信号发生器、示波器等。
在仿真方面,将采用相应的仿真软件工具,如Altium Designer 等进行仿真。
六、研究难点1、信号完整性和电源完整性影响因素的综合分析。
2、如何针对信号完整性和电源完整性的问题提供最优解决方案。
3、通过仿真和实验得到准确的结果和分析。
七、时间安排本研究计划在2021年9月至2022年6月期间完成。
高速PCB信号完整性和电源完整性仿真技术研讨会

高速PCB信号完整性和电源完整性仿真技术研讨会 小伙伴们,下周我们又组织了一个信号完整性的活动,这次的主题非常简单明了,就是介绍高速PCB信号完整性和电源完整性仿真技术。
活动介绍 PCB作为电子产品上最大的元器件,一直是工程师研究的主要对象。
对于信号完整性工程师更是深有体会,因为PCB作为互连的主要通道,包含了器件的封装焊盘、过孔、传输线、电源和地平面等,这些因素都会影响到高速电路信号完整性的表现,任何一个点设计不好都有可能导致设计失败。
ADS包含了全套原理图和PCB仿真的工具,能快速的建模仿真并高效的分析和处理结果。
本次研讨会将概括性的介绍:ADS软件针对信号完整性仿真的流程、PCB材料以及参数提取流程、层叠的设计、阻抗的计算、过孔仿真流程以及PCB信号完整性和电源完整性仿真流程。
PCB仿真的流程 提取频变的材料参数结果: ADS Via designer过孔仿真的基本流程: 速度报名吧 日期:2018年09月12日 时间:10:00-12:00 参加对象:信号完整性和电源完整性仿真工程师,Layout工程师,硬件工程师,技术总监以及有兴趣的工程师,老师,大学电子类的学生等等 嘉宾简介 蒋修国 是德科技 应用工程师 应用工程师,参与过大型服务器、交换机、高速背板和云存储产品、消费类电子产品等的硬件研发。
擅长高速数字电路的信号完整性和电源完整性仿真、设计和测试。
8年+工作经验。
2016年加入是德科技,目前负责信号完整性、电源完整性和EMC相关产品的应用与技术支持。
《信号完整性》公众号创始人,公众号创建于2014年。
每周都会分享SI、PI、RF和EMC相关的原创仿真测试的内容。
涂智元 是德科技 应用工程师 Master in EE, National Chiao-Tung University (Hsinchu). Work Experience: Product Marketing, Foxconn (2 years). Summary of skill: Signal Integrity, EM and communication system.Years of Keysight: 5 years. 易泽宇 是德科技 应用工程师 华中科技大学电子科学与技术硕士学位,从事EEsof EDA 软件应用技术支持工作。
集成电路设计中的信号完整性分析与优化

集成电路设计中的信号完整性分析与优化随着现代电子技术的发展,集成电路已经成为大部分电子产品中不可或缺的一部分。
在集成电路设计中,信号完整性是一个绕不开的话题。
在高速集成电路系统中,信号完整性的保障至关重要。
本文将阐述集成电路设计中信号完整性的重要性,以及分析和优化信号完整性的方法。
一、信号完整性的概念信号完整性通常指的是信号在途中受到的损耗、反射和干扰等影响对信号质量的影响。
在高速集成电路设计中,主要涉及到共模噪声、串扰、时钟漂移、功率噪声等问题,这些问题都会对信号完整性产生负面影响。
在集成电路设计中,信号完整性对于电路性能的保障至关重要。
如果信号完整性存在问题,会导致信号失真、时序误差、电磁兼容性(EMC)问题等,从而影响产品的可靠性和性能。
因此,在高速集成电路设计中保障信号完整性已经成为了一项必须考虑的关键任务。
二、信号完整性分析与优化1.仿真与分析在设计一款高速集成电路时,仿真和分析是保障信号完整性的最基本手段。
信号完整性分析通常是通过工具仿真来完成的,主要包括电磁仿真、功率完整性仿真和时钟完整性仿真等。
通过仿真可以得到各种信号参数,如传输速率、时延、噪声干扰等,并以此为基础进行信号完整性的下一步优化。
2.布局与设计在信号完整性的优化中,良好的布局和设计也是至关重要的。
首先,需要避免布线的过长、过细,以免引发串扰、反射等问题。
其次,布局中会遵循规定的电性长度,以保证严格的时间同步,从而最大限度地减少时钟漂移、时序误差等问题。
3.电源和地线的设计在高速集成电路系统中,电源和地线的设计也是信号完整性的关键因素。
电源和地线的引入会造成电压变化和噪声产生,因此需要进行合理的布线。
在设计中应该避免信号线和电源/地线平行布线,以减少串扰和互感耦合的发生。
4.屏蔽和滤波为了进一步减少信号噪声和串扰,信号屏蔽和滤波也是信号完整性优化的常用方法。
具体来说,可以使用屏蔽罩、滤波器等措施来减少信号噪声和干扰。
5.仿真和测试信号完整性的评估离不开仿真和测试。
集成电路中电源完整性与信号完整性分析

集成电路中电源完整性与信号完整性分析哎呀,说起集成电路中的电源完整性和信号完整性分析,这可真是个让人又爱又恨的“家伙”。
就拿我之前经历的一件事儿来说吧。
有一次,我参与了一个小型电子设备的研发项目。
那时候,我们团队满心欢喜地设计好了整个集成电路的架构,觉得大功告成。
可谁知道,在实际测试的时候,问题接二连三地冒了出来。
先是电源方面,设备运行没多久,就出现了电压不稳定的情况。
这就好比你正在跑步,突然有人给你使绊子,让你的脚步变得踉踉跄跄。
我们开始仔细排查,发现是电源布线不合理,导致电流在传输过程中出现了损耗和波动。
再说说信号完整性。
明明发送出去的是清晰准确的信号,可接收端却总是出现误码和失真。
这感觉就像是你给朋友精心准备了一份礼物,结果快递给你弄破了包装,里面的东西也坏了。
那咱们先来说说电源完整性。
电源完整性简单来说,就是要确保集成电路中的电源供应稳定、干净,没有杂波和干扰。
这就像我们家里的电,如果电压一会儿高一会儿低,那电器能正常工作吗?肯定不行!在集成电路里也是一样,如果电源不稳定,那各个元器件就像失去了主心骨,没法好好干活。
比如说,在多层电路板的设计中,如果电源层和地层的间距不合理,就会产生寄生电容和电感。
这就好比在一条马路上,突然多了一些障碍物,让电流的通行变得不顺畅。
还有,电源分配网络的设计也至关重要。
如果电阻过大,电流就会遇到“堵车”,导致电压下降。
再讲讲信号完整性。
信号在集成电路中传播,就像是一场旅行。
如果路径不好,信号就会“迷路”或者“受伤”。
比如说,高速信号在传输线上传播时,如果传输线的特征阻抗不匹配,就会发生反射,这就像声音在空旷的山谷中回荡,影响了信号的质量。
还有串扰问题。
相邻的信号线就像住在隔壁的邻居,如果靠得太近,彼此之间就会互相干扰。
想象一下,你正在专心看书,旁边有人大声吵闹,你能静下心来吗?信号也是一样,被干扰了就没法准确传达信息。
为了保证电源完整性和信号完整性,我们在设计的时候要特别小心。
ADS信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计

信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计李荔博士leo_le@安捷伦科技1简介信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。
在讨论信号完整性设计性能时,如指定不同的收发参考端口,则对信号还原程度会用不同的指标来描述。
通常指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点,此时对信号还原程度主要依靠上升/下降及保持时间等指标来进行描述。
而如果指定的参考收发端口是在信道编码器输入端及解码器输出端时,对信号还原程度的描述将会依靠误码率来描述。
电源完整性是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。
同样,对于同一系统中同一个器件的正常工作条件而言,如果指定的端口不同,其工作电源要求也不同(在随后的例子中将会直观地看到这一点)。
通常指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点,此时该芯片的产品手册应给出该端口处的相应指标,常用纹波大小或者电压最大偏离范围来表征。
图一是一个典型背板信号传输的系统示意图。
本文中“系统”一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件,包括芯片、封装与PCB板的物理结构,电源及电源传输网络,所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。
从设计目的而言,需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构;需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。
1001010…图1 背板信号传输的系统示意图在本文的以下内容中,将会看到由于这些支撑与互联结构对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减,从而会使设计者产生对信号完整性及电源完整性的担忧。
而不同传输协议及不同数据内容的表达方式对相同传输环境具备不同适应能力,使得设计者需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。
为描述方便起见以下用“完整性设计与分析”来指代“信号完整性与电源完整性设计与分析”。
2 版图完整性问题、分析与设计上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。
电路板级的信号完整性问题和仿真分析

电路板级的信号完整性问题和仿真分析摘要:今天随着电子技术的发展,电路板设计中的信号完整性问题已成为PCB设计者必须面对的问题。
信号完整性指的是什么?信号在电路中传输的质量。
由于电子产品向高速、微型化的发展,导致集成电路开关速度的加快,产生了信号完整性问题。
常见的问题有反弹、振铃、地弹和串扰等等。
这些问题将会对电路板设计产生怎样的影响?通过理论分析探讨,找到解决它们的一些途径。
传统的PCB设计是在样机中去测试问题,极大的降低了产品设计的效率。
使用EDA工具分析,可以将问题在计算机中进行暴露处理,降低问题的出现,提高产品的设计效率。
这里以Altium Designer 6.0工具为例,介绍分析解决部分信号完整性问题的方法。
关键词:信号完整性 Altium Designer 6.0 仿真分析[中图分类号] O59 [文献标识码] A [文章编号] 1000-7326(2012)04-0125-0320世纪初叶,科学家先后发明了真空二极管和三极管,它代表人类进入了电子技术时代。
随后半导体晶体管和集成电路的出现,将电子技术推向了一个新的时期。
特别是IC芯片的发展,使电子产品越来越趋向于小型化、高速化、数字化。
但同时却给电子设计带来一个新的问题:体积减小导致电路的布局布线密度变大,而同时信号的频率也在迅速提高,如何处理越来越快的信号。
这就是我们硬件设计中遇到的最核心问题:信号完整性。
为什么我们以前在学校学习和电子制作中没有遇到呢?那是因为在模拟电路中,采用的是单频或窄频带信号,我们关心的只是电路的信噪比,没有去考虑信号波形和波形畸变;而在数字电路中,电平跳变的信号上升时间比较长,一般为几个纳秒。
元件间的布线不会影响电路的信号,所以都没有去考虑信号完整性问题。
但是今天,随着GHz时代的到来,很多IC的开关速度都在皮秒级别,同时由于对低功耗的追求,芯片内核电压越来越低,电子系统所能容忍的噪声余量越来越小,那么电路设计中的信号完整性问题就突现出来了。
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信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计1简介信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。
在讨论信号完整性设计性能时,如指定不同的收发参考端口,则对信号还原程度会用不同的指标来描述。
通常指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点,此时对信号还原程度主要依靠上升/下降及保持时间等指标来进行描述。
而如果指定的参考收发端口是在信道编码器输入端及解码器输出端时,对信号还原程度的描述将会依靠误码率来描述。
电源完整性是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。
同样,对于同一系统中同一个器件的正常工作条件而言,如果指定的端口不同,其工作电源要求也不同(在随后的例子中将会直观地看到这一点)。
通常指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点,此时该芯片的产品手册应给出该端口处的相应指标,常用纹波大小或者电压最大偏离范围来表征。
图一是一个典型背板信号传输的系统示意图。
本文中“系统”一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件,包括芯片、封装与PCB板的物理结构,电源及电源传输网络,所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。
从设计目的而言,需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构;需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。
图1 背板信号传输的系统示意图在本文的以下内容中,将会看到由于这些支撑与互联结构对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减,从而会使设计者产生对信号完整性及电源完整性的担忧。
而不同传输协议及不同数据内容的表达方式对相同传输环境具备不同适应能力,使得设计者需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。
为描述方便起见以下用“完整性设计与分析”来指代“信号完整性与电源完整性设计与分析”。
2 版图完整性问题、分析与设计上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。
这种层叠平板结构可以由三类元素组成:正片结构、负片结构及通孔。
正片结构是指该层上的走线大多为不同逻辑连接的信号线或离散的电源线,由于在制版光刻中所有的走线都会以相同图形的方式出现,所以被称为正片结构,有时也被称为信号层;负片结构则是指该层上基本上是相同逻辑连接的一个或少数几个连接(通常是电源连接或地连接),通常会以大面积敷铜的方式来实现,此时光刻工艺中用相反图形来表征更加容易,所以被称为负片结构,有时也称为平面层(细分为电源平面层和地平面层);而通孔用来进行不同层之间的物理连接。
目前的制造工艺中,无论是芯片、封装以及PCB 板大多都是在类似结构上实现。
1001010…-0.50.00.51.01.5-1.02.0V c o r e , V图2 层叠结构示意图版图完整性设计的目标在于能提供给系统足够好的信号通路以及电源传递网络。
但实际的物理连接并不是理想的,以上述经由过孔的导线为例,在高频时表现出较明显的衰减。
平面层信号层过孔 (a) 版图 (b) 版图所对应的层叠结构0.51.01.52.0 2.50.03.0-0.6-0.4-0.2-0.80.0FrequencyM a g . [d B ]S21图3 互联结构在高频激励时的表现示意图电流密度分布的显示对于版图完整性设计与分析有着重要的意义。
因为通过电流密度的显示可以直观得观察到信号的寄生耦合位置以及强度,从而帮助版图调试者有针对性地采取耦合或解耦方案。
以上结果以矩量法仿真得到。
对于信号完整性而言,首要任务是保证信号通路在一定负载情况下呈现良好的匹配状况;同时避免不期望的寄生耦合改变已设计好的匹配状况。
利用电磁场仿真不但可以准确得计算实际版图结构中信号通路的匹配状况,同时也可以计算信号通路周围结构带来的寄生耦合(如果周围是信号线则通常被称为串扰),其强度可以直接表征为周围走线或平面上感应所产生的电流密度,从而可以帮助优化版图结构。
注:上图是图二结构在3GHz 激励下顶层导线电流密度的分布状况。
从左图中可以看出高频下电流在导线上的传输呈现出边缘效应。
而其传输响应在3GHz 时有大约0.7dB 的衰减端口4 freq, GHz freq, GHz d B (S (3,1))d B (S (5,1))图4 一个简单的信号完整性分析例子上图中电流密度分布的位置描述了在特定频点激励下发生串扰耦合的具体部位,而S 参数仿真结果则给出了不同频率信号激励下串扰的强度。
除改变线距外,周围其它电磁回路环境的改变同样会造成信号传输及串扰状况的不同。
一个典型的例子是利用层与层之间的屏蔽可以改善原本放在顶层的走线信号传输或串扰性能。
对于电源完整性而言,期望增加电源与地之间的容性耦合,因为可以帮助滤除电源中的交流波动。
在实际应用中,往往采取加解耦电容的方法。
对于电源完整性(b)近端串扰情况,在3GHz 处端口3串扰比端口5严重 (c)远端串扰情况,在3GHz 处端口5串扰比端口3严重设计而言,电流密度改动的动态显示可以帮助设计者直观了解到电源网络中振荡现象产生的原因。
从而帮助设计者确定加解耦电容的最佳位置。
下图模拟了一种简单的电源传递网络:电源平面和地平面是规整的矩形,这有助于定性的验证电磁场仿真结果。
工作器件与供电电源分别连接在矩形的两个对角上。
假设工作器件对于该供电网络的阻抗为20欧姆。
利用电磁场仿真可以观察电流从端口1流入经过该电源传递网络再从端口2流出的损耗状况图5 简单的电源传递网络仿真仿真结果如图所示。
可以看到上图的结构在1GHz 频段内出现三个主要谐振区域,分别在200MHz 、500MHz 以及1GHz 附近。
分别用三个谐振频点来激励端口1并动态显示电流密度分布的变化趋势,可以直观地发现:200MHz 附近的谐振主要是沿矩形的对角方向,并且相对应的特征尺寸为两倍对角线长度(因为过孔的连接);500MHz 附近的谐振主要是沿矩形的长边方向,相对应的特征尺寸为长边的长度;1GHz 附近的谐振主要是沿矩形的短边方向,相对应的特征尺寸则为短边的长度。
端口1 注:仿真中用一个过孔在电源连接处短接电源平面与地平面来模拟接上电源的情况(假设电源内阻很小可以忽略)图6 仿真结果:S 参数及电流密度分布的动态显示上述谐振区域的存在对于电源完整性的危害在于:如果工作器件(以典型的CMOS 器件为例)在谐振频点上工作,会产生同样频点的电源电流需求,然而因为谐振的关系,从供电电源端到器件电源输入端会产生明显的压降,从而可能使工作器件上实际的工作电压达不到预期值,导致性能恶化甚至无法正常工作。
解决上述问题的方法在于采用某种手段使得电源网络的谐振区远离器件的工作频率,常用的方法是加解耦电容。
通过电流密度分布的显示可以了解振荡原因,从而采取针对的方法。
针对上面这个例子,可以加一个过孔来模拟解耦电容的作用,并通过改变过孔的位置来观察到谐振模式及谐振点的变化,从而找到最佳的解耦电容放置处。
以上例子中的谐振现象甚至可以定性直观地预计到,以上所述不同特征尺寸与不同谐振频点位置的对应关系可以说明这一点,但这是因为假设的电源平面是规整形状。
实际的电源传递网络远比上面的例子要复杂,很难定性预计谐振的模式,但利用上述仿真的手段,仍然可以沿用类似的方法来确定谐振的原因并采取针对性的措施。
M a g . [d B ]S12m1freq=dB(demo_pcb_PI_plane_mom_a..S(1,2))=-34.113166.7MHzm2freq=dB(demo_pcb_PI_plane_mom_a..S(1,2))=-22.420465.3MHz(b) 激励为166.7MHz 时电流密度分布的动态显示截图,结果表明该谐振基本沿矩形对角线方向发生 (c) 激励为465.3MHz 时电流密度分布的动态显示截图,结果表明该谐振基本沿矩形长边方向发生 (d) 激励为976.9MHz 时电流密度分布的动态显示截图,结果表明该谐振基本沿矩形短边方向发生4 电路完整性设计与分析从TTL、GTL 到HSTL、SSTL以及 LVDS,目前芯片接口物理标准的演变反映了集成电路工艺的不断进步,同时也反映了高速信号传输要求的不断提高。
了解这些接口标准是完整性设计中必要的一环。
因为从版图完整性的分析过程不难看出,只有结合互联结构两端的负载特性对版图的仿真结果才具有实际意义,而负载特性是由其连接的电路特性所决定的。
随着传输速率的不断增加,翻转速率控制电路、驱动负载控制电路等措施被广泛使用,这些措施为完整性设计者提供了更多地优化空间。
在具体的完整性分析中,需要结合这些控制的实际实现方式,因为这些可能变化的控制会影响到电路的负载特性以及波形性能。
另外,芯片上解耦电容的实现也是IO电路设计者的任务之一。
图7 简化电路完整性仿真示意图以上电路仿真图中包括了芯片、封装及PCB 板信号线互联及电源互联的等效模型(当然也可以由更精确的模型所替代)。
驱动电路和接收电路采用了IBIS 模型(也可以用SPICE 模型来替代)。
利用该仿真电路我们可以“看到”一个虚拟系统工作时任一点的信号波形或电源波动状况。
对于信号完整性而言,通常关心的是时钟信号的抖动以及信号波形的上升/下降/保持时间。
上述电路进行瞬态仿真后利用ADS2005A 中内含的眼图工具自动统计出各抖动分量的值。
图8 在接收端口处的仿真结果:符合规范的眼图以及抖动的统计结果对于电源完整性而言,通常关心的是某工作器件所承受的实际电源电压波动,即图七中的Vchip 。
图9 同一时间在不同位置“看”到的电源电压波动状况102030400500.00.51.01.52.0-0.52.5time, nsec V c o r e , VV o u t , V V g p k g , V V p p k g , V 102030400500.00.51.01.52.0-0.52.5time, nsec V c o r e , VV o u t , V V g i o , V V p i o , V (a) 芯片端口的电源波动和地弹噪声 (b)封装端口的电源波动和地弹噪声上图中的结果反映了实际分析中常碰到的问题:对于系统集成设计的验证者而言,由于无法测到芯片内部的电源端口所以无法“看到”图九(a)中的波动状况;而此时,在封装外引脚处测得的电源与地是相当稳定的。
但最终决定器件正常工作的电源要求是定义在芯片端口的,如果只依靠封装端口的测量结果是不能反映出此时的电源完整性状况。
此时需要从芯片厂商处得到封装模型来“虚拟测量”(即仿真)芯片端口处的电源波动及地弹噪声。
针对上述例子,进一步地分别考虑在芯片内部、封装内部以及PCB板加一些解耦电容的效果。