信号完整性仿真实例
用Altium做信号完整性仿真
⽤Altium做信号完整性仿真参考⽂档:Performing Signal Integrity AnalysesPutting Signal Integrity in its PlaceFPGA SI Tutorial - Setting UpFPGA SI Tutorial - Checking for Crosstalk⽤Altium做信号完整性仿真的步骤:1.在design->layer stack manager中设置电路板层叠的参数2.在design->rules中设置和信号完整性分析相关的规则3.tools->signal integrity->model assignment为需要仿真的器件添加模型,如IBIS模型4.tools->signal integrity->model assignment->analyze design对所有net进⾏信号完整性分析,这⼀步花的时间要多⼀点5.选择重要信号,进⾏反射和串扰分析5.1 对信号相关的各个引脚的模型进⾏选择5.2 进⾏分析⽤Altium做信号完整性分析的问题:1. 每改变⼀次设计,如改变⼀个电阻的值,都要重新做第3步,这⼀步是对所有信号进⾏分析,花的时间较多,⽽实际上我们关注的只是⼀些重要的信号.总的说来,就是花很多时间分析我们不关注的net,可不可以只对我们关注的net进⾏分析.2. 每做⼀次reanalyze design,⼜要到分析的信号列表中去找关注的信号,信号列表中包括了设计中所有的nets,所以每次都去找关注的信号很⿇烦.3.在对重要信号进⾏反射和串扰分析之前要对相关IC的引脚分配IO脚的输⼊输出模型,在步骤的第3步添加的IBIS模型,不能⾃动的分配到相应的引脚.⽽且每做⼀次reanalyze design,不仅仅要⾯对问题2,还要重新对相关IC的引脚分配IO脚的输⼊输出模型.4.在对信号进⾏反射和串扰之前,对相关IC的引脚分配IO脚的输⼊输出模型时,先选择引脚类型,有TRI,IN, OUT,BI这四种类型供选择,选择了类型之后,在供选择的模型中就列出了库中所有的该类型的模型,⽽不会列出其它类型的模型,这相当于⼀个滤波器的作⽤,⽅便我们选择.但是在⼀些芯⽚的IBIS中还定义了其它的类型,如AD9215的第13脚,类型为CLK.这样的话,由于引脚类型只有四类,没有CLK这⼀类,我们就⽆法使⽤这个模型了.总结起来,先不说AD做信号完整性的准确性,仅仅是问题中的1,2,3就使得我们⽤它来做信号完整性分析很不⽅便,不知道是否是因为我现在⽤的还不好,对⼀些功能还不会使⽤,还是本来就存在这样的问题. 第4个问题说明,有的IBIS中定义的模型是不使⽤的,这样它的准确性就不能保证.。
allegro SI 信号完整性仿真
基于Cadence Allegro SI 16.3的信号完整性仿真信号完整性是指信号在信号线上的质量。
信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。
差的信号完整性不是由某一因素导致的，而是由板级设计中多种因素共同引起的。
特别是在高速电路中，所使用的芯片的切换速度过快、端接元件布设不合理、电路的互联不合理等都会引起信号的完整性问题。
具体主要包括串扰、反射、过冲与下冲、振荡、信号延迟等。
信号完整性问题由多种因素引起，归结起来有反射、串扰、过冲和下冲、振铃、信号延迟等，其中反射和串扰是引发信号完整性问题的两大主要因素。
反射和我们所熟悉的光经过不连续的介质时都会有部分能量反射回来一样，就是信号在传输线上的回波现象。
此时信号功率没有全部传输到负载处，有一部分被反射回来了。
在高速的PCB中导线必须等效为传输线，按照传输线理论，如果源端与负载端具有相同的阻抗，反射就不会发生了。
如果二者阻抗不匹配就会引起反射，负载会将一部分电压反射回源端。
根据负载阻抗和源阻抗的关系大小不同，反射电压可能为正，也可能为负。
如果反射信号很强，叠加在原信号上，很可能改变逻辑状态，导致接收数据错误。
如果在时钟信号上可能引起时钟沿不单调，进而引起误触发。
一般布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素均会导致此类反射。
另外常有一个输出多个接收，这时不同的布线策略产生的反射对每个接收端的影响也不相同，所以布线策略也是影响反射的一个不可忽视的因素。
串扰是相邻两条信号线之间的不必要的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。
因此也就把它分为感性串扰和容性串扰，分别引发耦合电流和耦合电压。
当信号的边沿速率低于1ns时，串扰问题就应该考虑了。
如果信号线上有交变的信号电流通过时，会产生交变的磁场，处于磁场中的相邻的信号线会感应出信号电压。
一般PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及信号线的端接方式对串扰都有一定的影响。
嘉恒中自高速信号完整性仿真分析
嘉恒中自高速信号完整性仿真分析第一部分高速信号完整性仿真第二部分高速信号完整性仿真分析第一部分，高速信号完整性仿真第一章信号完整性分析（SI）.....................................错误！未定义书签。
1.1信号完整性分析理论....................................................错误！未定义书签。
1.1.1理想的数字信号波形........................................................错误！未定义书签。
1.1.2数字信号的畸变(或信号不完整)......................................错误！未定义书签。
1.1.3高速信号识别与实例........................................................错误！未定义书签。
1.2信号完整性常见问题....................................................错误！未定义书签。
1.2.1电磁干扰（EMI）和电磁兼容性(EMC)........................错误！未定义书签。
1.2.2信号完整性(signal integrity)............................................错误！未定义书签。
1.2.3反射(reflection)..................................................................错误！未定义书签。
1.2.4串扰(crosstalk)...................................................................错误！未定义书签。
Cadence SI信号完整性仿真技术
Cadence PCB SI仿真流程——孙海峰高速高密度多层PCB板的SI/EMC(信号完整性/电磁兼容)问题长久以来一直是设计者所面对的最大挑战。
然而，随着主流的MCU、DSP和处理器大多工作在100MHz以上(有些甚至工作于GHz级以上)，以及越来越多的高速I/O埠和RF前端也都工作在GHz级以上，再加上应用系统的小型化趋势导致的PCB 空间缩小问题，使得目前的高速高密度PCB板设计已经变得越来越普遍。
许多产业分析师指出，在进入21世纪以后，80%以上的多层PCB设计都将会针对高速电路。
高速讯号会导致PCB板上的长互连走线产生传输线效应，它使得PCB设计者必须考虑传输线的延迟和阻抗搭配问题，因为接收端和驱动端的阻抗不搭配都会在传输在线产生反射讯号，而严重影响到讯号的完整性。
另一方面，高密度PCB板上的高速讯号或频率走线则会对间距越来越小的相邻走线产生很难准确量化的串扰与EMC问题。
SI和EMC的问题将会导致PCB设计过程的反复，而使得产品的开发周期一再延误。
一般来说，高速高密度PCB需要复杂的阻抗受控布线策略才能确保电路正常工作。
随着新型组件的电压越来越低、PCB板密度越来越大、边缘转换速率越来越快，以及开发周期越来越短，SI/EMC挑战便日趋严峻。
为了达到这个挑战的要求，目前的PCB设计者必须采用新的方法来确保其PCB设计的可行性与可制造性。
过去的传统设计规则已经无法满足今日的时序和讯号完整性要求，而必须采取包含仿真功能的新款工具才足以确保设计成功。
Cadence的Allegro PCB SI提供了一种弹性化且整合的信号完整性问题解决方案，它是一种完整的SI/PI(功率完整性)/EMI问题的协同解决方案，适用于高速PCB设计周期的每个阶段，并解决与电气性能相关的问题。
Allegro PCB SI信号完整性分析的操作步骤，就是接下来将要介绍的。
一、Allegro PCB SI分析前准备：1、准备需要分析的PCB，如下图；2、SI分析前的相关设置，执行T ools/Setup Advisor,进入Database Setup Advisor 对话框，进行SI分析前的设置；（1）设置PCB叠层的材料、阻抗等，点击Edit Cross section，进入叠层阻抗等设置界面。
《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。
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。
HyperLynx DDR3及USB信号完整性仿真
选择所有U10可选的参数
18
三、 DDR3 DQ信号的仿真 Ⅶ、回到 3步骤，U10 Select->Model Selector，配置U10参数（
800/1066Mbps，U10 OUTPUT有7种选择。比较7个眼图，在U10 OUTPUT 34/40/48 Ohm时，眼图质量比较好。 考虑到DQ选择的是40 Ohm，所以 CLK也只能选择40Ohm。
即：U2/4 选800/1066Mbps ，U10 选40 Ohm
(U2 CLKIN mode = CLKIN_1066 U10 ddr mode = ddr3_sel11_ds110_mio)
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六、DDR 信号的批量仿真 在上面的单线仿真的基础上，我们可以评估整个PCB DDR信号的SI特
性。在HyperLynx主界面下，选择Simulate SI->Run DDRx Batch Simulation进行DDR SI的整体特性。
1、Introduction 2、Initialization配置DDR电平和速率（ DDR3/Unbuffered/1066MT/s/1.5V） 3、 Controller选择U10，再选择右边箭头，显示Memory controller U10 4、DRAMs Slots/0,Ranks per Slot/1,此时DRAMs菜单显示如下，菜单 左侧箭头变亮。
此处选中
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四、 DDR3 CLK信号的仿真 4、滚动鼠标滚轴放大图形，选中一个端点，为U10选择OUTPUT，为
U2/4选择INPUT。然后选择Edit->Auto Place->Force Left-To-Right，可以自 动将线路由左向右排线，便于阅读
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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高速数字电路及系统的
信号完整性分析与实例仿真
例/串行通道设计例1：10Gb/s 串行通道设计该实例来自Ansoft worldwide technical workshops
10Gb/s 串行通道设计
3
输出信号眼图输入信号眼图
基于Virtex-II Pro FPGA设计，分析10Gb/s 的串行通道
10Gb/s 的串行通道示意图
10Gb/s 串行通道对应的模型图
HFSS封装建模。
红线为S21，蓝线为S11。
建模
有微带线和带状线两种传输线，通过过孔转换。
Designer微带线建模。
红线为S21，蓝线为S11。
Stripline Models
designer带状线part1到part6建模，HFSS带状线part7建模。
红线为S21，蓝线为S11。
HFSS差分过孔建模。
红线为S21，蓝线为S11。
差分过孔建模红线为蓝线为
HFSS SMA转接头建模。
红线为S21，绿线为S11。
微带线带状线SMA接头封装差分过孔
分孔带状线
Designer全通道建模。
该通道包括：封装、微带线、差分过孔、带状线和SMA接头。
S 群延时参数
红线为S21，蓝线为S11
Designer 全通道频域分析
Designer全通道时域分析
仿真眼图测试眼图Designer全通道时域分析，仿真值与测试值一致
仿真图测试图
Designer全通道时域分析，仿真值与测试值一致
例2：高速互连通道场路协同仿真
该实例来自教材《ANSYS信号完整性分析与仿真实例》
P452 to P510
P452t P510
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《ANSYS信号完整性分析与仿真实例》
例2：高速互连通道场路协同仿真
该实例来自教材《ANSYS信号完整性分析与仿真实例》P452 to
P510
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高速互连通道
•高速互连通道由Flipchip封装、带状传输线、差分高速连通道由封装带状传输线差分过孔、SMA 连接器组成
高速互连通道示意图
1Flipchip
1 Flipchip封装
•AnsoftLinks与HFSS 协同仿真Flipchip封装
¾建模
在AnsoftLinks窗口建立新文件打开从AnsoftLinks导出的HFSS 设计文件窗建
1 Flipchip封装
1Flipchip
¾仿真
传输系数
反射系数
创建S 参数报告绘制S 参数图
2SMA
2 SMA 连接器•HFSS 对SMA 连接器建模
HFSS SMA
¾建模
SMA 连接器在HFSS 中的建模
2 SMA 连接器
2SMA
¾仿真
传输系数
反射系数
SMA 连接器的S参数设置
33 差分过孔•HFSS 对差分过孔建模
HFSS
¾建模
差分过孔在HFSS 中的建模
3
传输系数3
差分过孔¾S 参数仿真
反射系数
差分过孔的S 参数
差分过孔的近场图
44 带状传输线•Q3D 提取差分Stripline寄生参数Q3D S i li
¾建模
差分带状线模型与模型参数
44 带状传输线
¾仿真
线宽、间距与阻抗的关系图
55 高速互连通道的系统级仿真•Designer 对整个高速互连通道进行系统仿真
对整个高速连通道进行系统仿真¾建模
Flipchip 封装差分线Stripline差分过孔SMA 连接器Fli hi SMA
模型调入Designer 进行系统仿真
55 高速互连通道的系统级仿真
¾S参数仿真
传输系数
反射系数
参数图可知传输特性在处为反射系数小于通过S参数图可知：传输特性在6GHz -2dB，反射系数小于-10dB。
55 高速互连通道的系统级仿真
¾眼图仿真
9通过直方图可知抖动小；眼睛没有触及模板；从显示的眼图参数：眼高、眼幅度、眼宽、峰值抖动、抖动有效值、最小眼宽、最小眼高等可知该信号的眼图眼睛张开大（EyeHeight、EyeWidth）、噪声低（EyeSignalToNoise）和抖动小（EyeJitterP2P、EyeJitterRMS）。
55 高速互连通道的系统级仿真9可知等高线围成的面积大
误码率等高线
55 高速互连通道的系统级仿真9可知时间余度大
浴盆曲线
ANSYS EDA协同解决SI/PI/EMI
ANSYS EDA
¾场路协同仿真
谢谢!。