PCB与信号完整性工程设计原理及方法
PCB制版毕业设计

PCB制版毕业设计在电子工程领域,PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)制版是一项至关重要的技术。
它是电子产品实现功能的基础,承载着电子元件之间的连接和信号传输。
我的毕业设计就围绕着 PCB 制版展开,通过这一过程,我深入了解了 PCB 设计的原理、流程和实际应用。
PCB 制版的第一步是明确设计需求。
这包括确定电路板的功能、尺寸、层数、工作频率、信号完整性要求等。
例如,如果是设计一个用于高速数字信号处理的 PCB,就需要特别关注信号的传输速度和完整性,可能会选择多层板,并采用特殊的布线策略。
接下来是原理图设计。
原理图就像是 PCB 的蓝图,它展示了各个电子元件之间的电气连接关系。
在绘制原理图时,需要选择合适的元件符号,并正确连接它们的引脚。
同时,还要为每个元件添加准确的封装信息,以便后续的 PCB 布局布线能够顺利进行。
完成原理图设计后,就进入了 PCB 布局布线阶段。
这是整个 PCB 制版过程中最关键也最具挑战性的环节之一。
在布局时,需要考虑元件的摆放位置,以优化信号走线、减少电磁干扰、提高散热性能等。
例如,高频元件应尽量靠近,敏感元件应远离干扰源。
布线则需要遵循一系列的规则,如最小线宽、线间距、过孔大小等,以确保电路板的电气性能和可靠性。
在布线过程中,还需要进行电源和地线的规划。
电源和地线的分布对整个电路板的稳定性和噪声抑制起着重要作用。
合理的电源和地线布局可以减少电源波动和噪声干扰,提高系统的性能。
此外,为了提高 PCB 的可制造性和可测试性,还需要进行一些特殊的设计。
比如添加测试点,以便在生产过程中进行电路板的测试;设计工艺边,方便电路板的加工和组装。
在 PCB 制版过程中,电磁兼容性(EMC)和信号完整性(SI)是两个需要重点关注的问题。
电磁兼容性是指电子产品在复杂的电磁环境中能够正常工作,且不会对其他设备产生电磁干扰。
为了实现良好的电磁兼容性,需要采取一些措施,如合理的布线、屏蔽、滤波等。
大学pcb课程设计

大学pcb课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解PCB(印制电路板)的基本概念、设计流程和制作原理。
2. 学生掌握电路原理图设计、PCB布局、布线、元件封装等基本知识。
3. 学生了解PCB设计中的电磁兼容性、信号完整性等关键问题。
技能目标:1. 学生能运用电路设计软件(如Altium Designer、Cadence等)完成简单的PCB设计。
2. 学生具备分析PCB设计问题并提出改进方案的能力。
3. 学生能够独立完成一个小型电子产品的PCB设计,并进行基本的调试与测试。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对电子设计领域的兴趣,提高创新意识和动手能力。
2. 学生树立正确的工程观念,注重实践与理论相结合,严谨认真对待设计工作。
3. 学生在团队协作中学会沟通、分享、承担责任,培养良好的团队合作精神。
本课程针对大学年级学生,结合PCB课程特点,注重理论与实践相结合,旨在提高学生的电路设计能力和实际操作技能。
课程要求学生具备一定的电子基础知识,能够适应电子设计领域的发展需求。
通过本课程的学习,使学生能够掌握PCB设计的基本方法和技巧,为从事电子工程师等相关工作打下坚实基础。
二、教学内容1. PCB基础知识:包括PCB的发展历程、分类、材料与制造工艺,让学生了解PCB的基本概念。
教材章节:第一章PCB概述2. 电路原理图设计:讲解原理图符号、元件、绘制规则,使学生掌握原理图设计方法。
教材章节:第二章电路原理图设计3. PCB布局与布线:介绍布局、布线原则,讲解PCB设计中的注意事项,提高学生的布局与布线能力。
教材章节:第三章PCB布局与布线4. 元件封装与库管理:讲解元件封装的创建与使用,使学生掌握库管理方法。
教材章节:第四章元件封装与库管理5. PCB设计软件操作:以Altium Designer或Cadence为例,介绍软件操作方法,使学生熟练运用软件进行PCB设计。
教材章节:第五章PCB设计软件操作6. PCB设计中的电磁兼容性与信号完整性分析:讲解相关概念、分析方法及对策,提高学生在PCB设计中的电磁兼容性意识。
《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PCB设计中的信号完整性和传输延时分析

第19卷 第2期 天 中 学 刊 Vol .19 No .22004年4月 Journal of Tianzhong Apr .2004收稿日期:2004-02-10作者简介:冯志宇(1972− ),男,河南正阳人,电子科技大学电子工程学院信号与信息处理专业硕士研究生.高速PCB 设计中的信号完整性和传输延时分析冯志宇(电子科技大学,四川 成都 610054)摘 要:信号完整性问题及由传输延时引起的时序问题是高速PCB 设计中的主要问题,借助功能强大的Cadence/SpecctraQuest 仿真软件,对高速信号线进行布局布线前仿真,可以发现和解决这些问题,从而缩短设计周期.关键词:信号完整性;时序;仿真 随着IC 工艺的提高,驱动器的上升沿和下降沿越来越陡,由原来的十几ns 提高到几ns ,有的甚至达到几ps ,同时电子系统的时钟频率也在不断提高.对于低频电路设计而言,器件管脚间的逻辑连接可以看成是简单的线迹互联.但对频率超过50 MHz 的高频电路,互连关系必须按传输线考虑,由此产生的信号完整性问题及时序问题成为高速PCB 设计中的主要问题.借助功能强大的Cadence/SpecctraQuest 仿真软件对高速信号线进行布局布线前仿真,可以发现和解决这些问题,从而缩短设计周期.1 高速移动接入系统的信号完整性问题信号完整性(Signal Integrity )简称SI ,是指信号在信号线上的传输质量,主要包括反射、振荡、地弹、串扰等性能参数.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.信号完整性是由板级设计中多种因素共同决定的.图1所示是我们所设计的高速移动接入系统,其中虚线框中为该系统高速数据通路的中频和基带部分.A/D 部分通过采样、量化、编码将模拟中频信号转换成数字中频信号,然后利用DDC 部分对其进行混频(解调)、抽取、滤波,将中频带通信号混频成基带信号;DSP 模块负责完成基带信号的调制/解调、数据交织/解交织、数据编码/解码、数据纠错和检验、数据加密/解密、语音压缩/解压缩等;图1 高速移动接入系统框图DUC 和D/A 部分则是DDC 和A/D 部分的逆过程.该系统的中频部分既有频率较高的数字信号又有敏感度很高的模拟信号,基频部分DSP 与SDRAM 之间的数据交换速率高达100 Mb/s ,由此产生的信号完整性及时序问题十分突出.在高速PCB 设计中,信号完整性问题是系统能否正常工作的关键因素之一.因此,有必要在布线前利用仿真软件对该高速系统进行关键信号线的仿真.当信号完整性满足要求后就可以进行时序分析中图分类号:TN405.97文献标识码:A文章编号:1006-5261(2004)02-0018-04了,否则还需调整布局,重新仿真.图2、图3、图4分别是用Cadence/SpecctraQuest 仿真软件得到的该系统中SDRAM 的时钟(SDCLK )、数据写和数据读信号的仿真波形,可以看出这3个典型信号都能够满足波形完整性的要求.2 高速移动接入系统中的时序关系2.1 系统时序分析对于异步时序电路,往往可以灵活地设置建立、选通和保持时间,以满足系统时序要求.而同步时序电路必须从设计上留有充足的建立和保持时间,才能保证系统正常工作.高速移动接入系统中,DSP 与SDRAM 互连的关键信号线有时钟线SDCLK 、数据线D 47∼16和地址线ADDR 23∼0.由于系统工作频率高达100 MHz ,故这些信号线的互连延时是不可忽略的,它对信号的建立和保持时间起着至关重要的作用.仿真应该着重解决这些线网的拓扑问题.布线延时与布线迹的阻抗及布线长度有关,高阻抗线迹能够减少信号的跳变时间.其他因素如驱动特性和负载特性也会影响布线延时.下面在考虑布线延时的基础上,推导DSP 与SDRAM 互连的高速信号线间的时序约束关系.二者间互连的高速信号线时序及延时关系如图5所示.其中,P Clock ,T 表示时钟周期,D Clock ,t 表示时钟布线延时,D(max)Data ,t 和D(min)Data ,t 分别表示数据传输的最长延时和最短延时,isu(DSP)t ,ih(DSP)t 和oh(DSP)t 分别表示DSP 的输入建立时间、输入保持时间和输出保持时间,isu(SDRAM)t ,ih(SDRAM)t 和oh(SDRAM)t 分别表示SDRAM 的输入建立时间、输入保持时间和输出保持时间.(a) SDCLK(out from DSP),(b) SDCLK(into SDRAM), (c) Data(out from SDRAM),(d) Data(into DSP), (e) Data(out from DSP),(f) Data(into SDRAM)图5 高速信号线时序及延时关系读建立时间应满足 isu(DSP)ACC D(max)Data D Clock P Clock t t t t T ≥,,,−−−, (1) 读保持时间应满足 ih(DSP)(min)D Data D Clock oh(SDRAM)t t t t ≥,,++,(2)写建立时间应满足DDATO (max)D Data D Clock P Clock t t t T −−+,,,isu(SDRAM)t ≥,(3) 写保持时间应满足 ih(SDRAM)D Clock (min)D Data oh(DSP)t t t t ≥,,−+,(4)由(1)式,可得 (max)D Data isu(DSP)ACC D Clock P Clock ,,,≥t t t t T −−−, (5) 由(4)式,可得(min)D Data D Clock oh(DSP)ih(SDRAM),,≤t t t t +−, (6)由(5),(6)式,可得isu(DSP)ACC D Clock P Clock t t t T −−−,,D Clock oh(DSP)ih(SDRAM),≥t t t +−,图2 时钟信号的仿真波形图3 数据写信号的仿真波形图4 数据读信号的仿真波形)a ()b ()c ()d ()e ()f (进而有+−2)(ACC P Clock D Clock t T t ,,≤2)(isu(DSP)oh(DSP)ih(SDRAM)t t t −+−.(7)由(2),(3)式,可推导出 +−2)(oh(SDRAM)ih(DSP)D Clock t t t ≥,2)(P Clock isu(SDRAM)DDATO ,T t t −+,(8)由(7),(8)式,可推导出+−−−++−2)(2)()ih(SDRAM ACC P Clock D Clock P Clock isu(SDRAM)DDATO oh(SDRAM)ih(DSP)t t T t T t t t t ,,,≤≤.2)(isu(DSP)oh(DSP)t t −(9)可见,时钟线迹的延时必须在一定范围内波动,才能满足DSP 与SDRAM 间数据交换的时序要求,不能太长也不能太短.较短的延时可以增加读建立时间,却缩短了读保持时间.另外,一旦时钟线迹的延时确定(即时钟走线确定),则数据线的延时必须同时满足读写的时序要求,才能保证正确的读写. 2.2 时序关系在本系统中的应用该系统设计中DSP 采用ADI 公司的ADSP21161芯片,SDRAM 采用MICRON 公司的MT48LC4M16B2-75芯片.DSP 与SDRAM 间的数据交换速率可达100 MHz b/s ,是PCB 设计关注的重点.为保证系统能正常、可靠和稳定地工作,必需进行布线前时序仿真.MT48LC4M16B2-75芯片和ADSP21161芯片的参数如下:ns 8.2isu(DSP)=t ,ns 0.3ih(DSP)=t ,ns 2.1oh(DSP)=t ,ns 5.1isu(SDRAM)=t ,ns 8.0ih(SDRAM)=t ,ns 2.2oh(SDRAM)=t ,ns 10P Clock =,t ,ns 3.7ACC =t ,ns 5.7DDATO =t .将上述参数代入(9)式可得ns 8.0ns 0D Clock ≤≤,t .根据实际布局情况取ns 5.0D Clock =,t ,则由不等式(1)∼(4)得ns 7.0ns 3.0D Data ≤≤,t .任取D16-47中的一根数据线D35,分别取ns 7.0ns 5.0ns 3.0D Clock ,,,=t 做读写扫描仿真,结果如图6所示.其中(a),(c),(e)分别为ns 7.0ns 5.0ns 3.0D Clock ,,,=t 时数据线D35的读波形,(b),(d),(f)分别为ns 7.0ns 5.0ns 3.0D Clock ,,,=t 时数据线D35的写波形.可见在ns 7.0ns 3.0D Data <<,t 范围内数据的读写波形符合完整性要求.把ns 7.0ns 3.0D Data ≤≤,t 作为D40的布线拓扑规则加到Dd16-47进行规则驱动下的布线,布线后D16-47的延时见图7,由图7可知,ns 3282.0D(min)Data =,t ,ns 6090.0D(max)Data =,t ,能够满足ns 7.0ns 3.0D Data ≤≤,t 的要求.制板后用示波器观察到的数据线D35的读波形如图8所示. 图7 布线后数据线的传输延时分析图片图6 数据线D35的仿真波形(b)(a)(c)(d)(e)(f) 图8 制板后用示波器观察到的数据线D35的读波形信号完整性问题和由布线延时引起的时序问题,是高速系统板级实现需要着重解决的问题,利用Cadence/SpecctraQuest仿真软件进行板前和板后仿真,是解决这些问题的有效方法.参考文献: [1] 杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2002.100∼159.[2] 曾峰,侯亚宁,曾凡雨.印制电路板(PCB)设计与制作[M].北京:电子工业出版社,2002.85∼107.[3] Johnson H W.High-Speed Digital Design[M].PrenticeHall PTR,1993.97∼121. 〔责任编辑 张继金〕 Analysis of Signal Integrity and Propagation Delayin High-Speed PCB DesignFENG Zhi-yu(University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu Sichuan 610054, China)Abstract: In the high-speed PCB design, the main problems are signal integrity and time sequence caused by propagation delay. We can find out and solve these problems, when simulating high speed signal line in virtue of Cadence/SpecctraQuest Before layout and routing trace which helps to shorten the design period.Key words: signal integrity; time sequence; simulation(上接第9页)Note to the Infinitude Calculation of InfinitesimalMA Ge, SONG Su-luo(Nanyang Institute of Technology, Nanyang Henan 473004, China)Abstract: By analyzing and discussing the sum sequence and product sequence of countable infinite infinitesimal sequence and the sequence of positive infinity power of infinitesimal sequence and positive infinitesimal sequence power of non-negative infinitesimal sequence, the understanding on infinitesimal are deepened.Key words: infinitesimal; infinite sum; infinite product; infinity power。
Cadence的PCB仿真

【摘要】随着微电子技术和计算机技术的不断发展,信号完整性分析的应用已经成为解决高速系统设计的唯一有效途径。
借助功能强大的Cadence公司SpecctraQuest 仿真软件,利用IBIS模型,对高速信号线进行布局布线前信号完整性仿真分析是一种简单可行行的分析方法,可以发现信号完整性问题,根据仿真结果在信号完整性相关问题上做出优化的设计,从而缩短设计周期。
本文概要地介绍了信号完整性(SI)的相关问题,基于信号完整性分析的PCB 设计方法,传输线基本理论,详尽的阐述了影响信号完整性的两大重要因素—反射和串扰的相关理论并提出了减小反射和串扰得有效办法。
讨论了基于SpecctraQucst的仿真模型的建立并对仿真结果进行了分析。
研究结果表明在高速电路设计中采用基于信号完整性的仿真设计是可行的, 也是必要的。
【关键字】高速PCB、信号完整性、传输线、反射、串扰、仿真AbstractWith the development of micro-electronics technology and computer technology,application of signal integrity analysis is the only way to solve high-speed system design. By dint of SpecctraQuest which is a powerful simulation software, it’s a simple and doable analytical method to make use of IBIS model to analyze signal integrity on high-speed signal lines before component placement and routing. This method can find out signal integrity problem and make optimization design on interrelated problem of signal integrity. Then the design period is shortened.In this paper,interrelated problem of signal integrity, PCB design based on signal integrity, transmission lines basal principle are introduced summarily.The interrelated problem of reflection and crosstalk which are the two important factors that influence signal integrity is expounded. It gives effective methods to reduce reflection and crosstalk. The establishment of emulational model based on SpecctraQucst is discussed and the result of simulation is analysed. The researchful fruit indicates it’s doable and necessary to adopt emulational design based on signal integrity inhigh-speed electrocircuit design.Key WordsHigh-speed PCB、Signal integrity、Transmission lines、reflect、crosstalk、simulation目录第一章绪论 (5)第二章Candence Allegro PCB简介 (6)2.1 高速PCB的设计方法 (6)2.2 SpecctraQuest Interconnect Designer在高速信号印刷板设计中的应用.72.3 PCB板的SI仿真分析 (8)第三章信号完整性分析概论 (12)3.1 信号完整性(Signal Integrity)概念 (12)3.2 信号完整性的引发因素 (12)3.3 信号完整性的解决方案 (14)第四章传输线原理 (15)4.1 传输线模型 (15)4.2 传输线的特性阻抗 (16)第五章反射的理论分析和仿真 (19)5.1 反射形成机理 (19)5.2 反射引起的振铃效应 (20)5.3 端接电阻匹配方式 (23)5.4 多负载的端接 (28)5.5 反射的影响因素 (29)第六章串扰的理论分析和仿真 (34)6.1 容性耦合电流 (34)6.2 感性耦合电流 (35)6.3 近端串扰 (36)6.4 远端串扰 (38)6.5 串扰的影响因素 (41)第七章结束语 (46)参考文献 (47)致谢 (47)附录:A/D、D/A 采样测试板原理图和PCB板图 (61)第一章绪论随着信息宽带化和高速化的发展,以前的低速PCB已完全不能满足日益增长信息化发展的需要,人们对通信需求的不断提高,要求信号的传输和处理的速度越来越快,相应的高速PCB的应用也越来越广,设计也越来越复杂。
pcb工程师前景

pcb工程师前景PCB(Printed Circuit Board)工程师是电子行业中的关键职位之一。
随着电子产品的快速发展,PCB工程师的需求也日益增长。
本文将着重讨论PCB工程师的前景,并介绍该职位所涵盖的技能和职责。
一、PCB工程师的职责PCB工程师负责设计和开发电子产品中的印刷电路板。
他们需要理解电子电路原理,并将电子设备的功能转化为适用于印刷电路板的布局和设计。
PCB工程师的职责包括但不限于以下几个方面:1. PCB设计:根据产品规格书和客户要求,进行电路板的设计和布局。
他们需要选择合适的材料、元件和连接方式,并考虑电磁兼容性和信号完整性等因素。
2. PCB制造:与PCB制造商合作,确认电路板的制造流程并监督样板板的制作。
他们还需要进行可行性分析,以确保电路板的生产符合成本和质量标准。
3. 故障排除:在电子产品开发和生产过程中,可能会出现电路故障和问题。
PCB工程师需要运用相关工具和方法,进行故障排查并提供解决方案。
二、PCB工程师的技能要求成为一名优秀的PCB工程师需要具备以下几项核心技能:1. 电子电路设计与分析:熟悉各种电子元器件及其特性,并能理解电路图纸和原理图。
掌握常见电路分析软件和EDA(Electronic Design Automation)工具的使用。
2. PCB设计软件:熟练使用主流的PCB设计软件,如Altium Designer、Cadence Allegro等。
能够根据设计要求进行电路板的绘制、布局和打样。
3. 电磁兼容性(EMC)和信号完整性(SI):了解EMC和SI的基本原理,具备电磁场和信号传输特性的分析能力。
掌握规避EMC和SI 问题的方法。
4. 制造工艺和工程技术:理解PCB的制造工艺和生产流程,熟悉常见的表面贴装技术和多层板工艺。
具备解决制造问题和提高工艺效率的能力。
三、PCB工程师的发展前景1. 就业市场需求旺盛:随着电子产品的快速发展,PCB工程师的需求量逐年增加。
印制电路板(pcb)设计技术与实践

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信号完整性工程设计原理

SI设计是系统工程
解决一个问题需要多种措施相互辅佐,共同作用 解决一个问题可能恶化其他问题 一套好的SI设计规则就象一个好的中医药方
直觉 理性的艺术
SI设计是平衡的艺术
平衡各种解决措施的冲突,平衡性能与成本 最终的技术指标不能动摇,各个措施要有弹性
基础理论为“本”,工程解决方法为“标”。 固本培元,标本兼治。
电源噪声 信号回流路径 不同频率成 分影响不同
各个频率分量的反射
工程直通车
为什么串联端接阻值影响信号延迟?如何理解这种现象?
工程直通车
通道的优化:仅关注带宽内的频率?
Tr 35 ps BW 0.35 Tr 10GHz Bitrate 10Gbps FFE=9dB
Z out
变化的电磁场引起的
I
信号路径
参考路径
电压:浪头般前进,斜坡占据一定空间跨度。
电路角度
电容 互感
如何理解电容、电感参数? 电流两个方向:电流环路方向、电流传播方向,相互独立。
SI设计的特点
SI设计是个性化的
每个工程都不同,对症下药,没有包治百病的药方
基础的重要性
应急式的解决方法导致支离破碎的知识,似是而非。 长期无法入门 没有基础,无法预判可能的风险 没有基础, SI仿真会变成盲目的试验 没有基础,无法正确解读结果 没有基础,无法进行综合权衡 没有基础,找不到解决措施
SI设计的误区 NO.2
没有针对性,不分轻重 电平?边沿? 前仿仿什么? 后仿仿那些? 问题怎么解决? 一种常见错误观点: 种常见错误观点: 无论是什么电路板,只要把能想到的全做了,就不会有问题?
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电磁波在介质的中的传输速度只与介质的介电常数或等效介电常 数有关。
FR4带状线的典型传输速度为180ps/inch
耦合传输线分析
由于信号之间存在耦合,就引出了有效特征阻抗的概念: 若传输线加相反激励,则有效特征阻抗为:Zo= Z(1-K),即奇模阻抗; 若传输线加相同激励,则有效特征阻抗为:Ze= Z(1+K),即偶模阻抗。 差分阻抗就是奇模阻抗的两倍。K为两根传输线之间的耦合系数。
为传播常数 为特征阻抗
由于R, G 远 小于 jwL、 jwC, 所 以通常所说的 阻抗是指:
Zo = L/C
单根传输线的分析方法(续)
从通解中可以看到传输线上的任意一点的电压和电流都是入射波 和反射波的叠加,传输因此传输线上任意一点的输入阻抗值都是 时间、位置、终端匹配的函数,再使用输入阻抗来研究传输线已 经失去意义了,所以引入了特征阻抗、行波系数、反射系数的概 念描述传输线。
PCB与 信 号 完 整 性 分 析 基 础
目录
前言 信号完整性(Signal Itegrity)概念 信号完整性(Signal Itegrity)原理 信号完整性仿真技术 信号完整性工程设计应用
现代电子设计的挑战
不断缩小的特征尺寸
高速问题更加突出
信号边缘速率越来越快 片内和片外时钟速率越来越高 系统和板级SI、EMC问题更加突出
流与侵害网络的跳变方向一致。
串扰与耦合机理
前向串扰: 1/2Ic-IL 后向串扰: 1/2Ic+IL 在理想情况下,前向串扰是相抵消的,通常IL比Ic大。 后向串扰脉冲幅度饱和,宽度是信号在平行耦合线长度上传输时间 的两倍,前向串扰脉冲宽度与驱动信号上升时间相同,幅度随耦合 长度增加而增加,最终达到饱和。
下一个数据的开始,因此需要在变化频率下校对二极管的响应。为 了很好地的利用这种匹配的优点,你必须选择Ton,Vf,Trr时间小 的肖特基二极管。
常见匹配方法(续)
AC匹配(RC匹配)
优点:在于终端电容阻止直流电流,因此节省了相当可观的功率。
选择适当的电容值会使得终端的波形具有 最小的过冲和下冲并且是 一个接近理想的方波。
D、:不对称带状线
地平面
导线 介质 地平面
←w→
↓h t h1
↑
几 种 PCB设 计 常 用 的 传 输 线 结 构 ( 三 )
E、微带线边对边耦合:
导线 ←w→ s ←w→ ↓ t
介质 地平面
↑↓ hF、带状线边对来自耦合:地平面导线 介质 地平面
←w→ s ←w→
↓ t↑ h ↑↓
几 种 PCB设 计 常 用 的 传 输 线 结 构 ( 四 )
因为源端匹配元件能够较好地吸收后向串扰,所以能够更好地消 除总串扰。
影响串扰的因素
信号的跃变时间(Tr ,Tf)与频率 器件的电压扇出 PCB上的线耦合
信号的跳变)非常之快,当信号的上升时间小于6倍 (一说4倍)信号传输延时(电长度)时即认 为信号是高速信号,而与信号的频率无关。
SI: 新 概 念 , 旧 方 法
SI应用的是传统的传输线、电磁学等理论,以及复杂的算法,解决 以下几个方面的问题:
*反射;
*串扰;
*过冲、振铃、地弹、多次跨越逻辑电平错误;
信号完整性问题分类
传输延时(Propagation Delay) 信号失真(反射、振铃、损耗、散射) 串扰(Crosstalk) 电源/地弹(Ground Bounce) EMC
目录
前言 信号完整性(Signal Itegrity)概念 信号完整性(Signal Itegrity)原理 信号完整性仿真技术 信号完整性工程设计应用
单根传输线的分析方法
对于(图 一)传输线的 性质可以用电 报方程来表达 ,电 报方程如下: dU/d z = ( R + jwL) I
dI/dz = ( G +jwC) U
电报方程的解为:
U = Aerz + Be−rz I = Aerz/Zo − Be−rz /Zo
通解中的
r = (R + jwL)(G + jwC) Zo = (R + jwL) + (G + jwC)
信号完整性设计工程就是解决以上问题
随着系统速度的提高问题将更加复杂
NO INTERCONNECT DELAYS
TRANSMISSION LINE DELAY SIGNAL DISTORTION CROSSTALK
5MHz
20MHz
GROUND BOUNCE RADIATED EMISSIONS PACKAGE MODELING "3D" INTERCONNECTS EDDY-CURRENT LOSS
G、对称上下耦合:
H、不对称上下耦合:
地平面
导线 介质 地平面
← w→
↓h t h1 h
地平面
导线 介质 地平面
s ← w→
↓ t h1 h
阻抗的控制
1、为什么要进行阻抗控制?
阻抗匹配不但可以消除信号的反射,还可以降低串扰、 EMI问题的发生。而阻抗匹配的前提是良好的阻抗控制。
2、哪些因素对阻抗有影响?
为了保证阻抗测试的准确性,必须保证被测线段的足够长度
2、阻抗测试设备:
11801C采样示波器+SD24采样/TDR/TDT探头
反射
· 产生的原因:电磁波沿信号路径传播,在阻 抗不连续点产生反射
阻抗不连续点产生反射
反射的计算:
· 信号在始端和末端来回反射 · 由于损耗的存在,反射信号逐渐减弱,最后达到平衡
目录
前言 信号完整性(Signal Integrity)概念 信号完整性(Signal Integrity)原理 信号完整性仿真技术 信号完整性工程设计应用
信 号 完 整 性 ( SI) 定 义
SI(SIGNAL INTEGRITY),即信号完整性,是近几年发展起来
的新技术。
SI解决的是信号传输过程中的质量问题,尤其是在高速领域,数字 信号的传输不能只考虑逻辑上的实现,物理实现中数字器件开关行 为的模拟效果往往成为设计成败的关键。
串扰与耦合机理
危害: 波形畸变 噪声余量减少 上升时间变化 。。。。。。
串扰与耦合机理
容性串扰电流和感性串扰电流在远端相消。所以平行走线的网络, 如果驱动源都在网络的同一端,则串扰很小;如果驱动源在不同 端,则串扰很大。
对于平行走线的网络,容性串扰和感性串扰在近端相加,并从近端 反射到远端。所以对于受害网络的负载来说,最大的串扰来自从近 端反射回去的串扰(后向串扰),而不是直接入射的串扰(前向串 扰)。
走线类型、介质厚度、线宽、线间距、介质材料等都对阻 抗有贡献,需要综合考虑这些影响。
简单的讲,就是所有影响信号耦合的因素
3、现在能够进行阻抗控制的工具有哪些?
现在我们所有的分析工具都可以进行阻抗控制。基本上都 是用二维场提取的方式进行阻抗计算。
阻抗的测试
1、阻抗测试的原理:
现在比较常用的阻抗测试仪采用TDR原理,即向被测 走线输出一个阶跃信号,由于信号在阻抗变化点发生反射, 测试仪通过采集到的不同点的反射,计算出各点的阻抗。
50 MHz
何时判断是否高速设计
今天电子设计师们正在从事100MHz 以上的电路设计,总线的工作 频率也已经达到或者超过50MHz,有的甚至超过100MHz。这类型 的电子系统要求高速、高效、高度集成且具备高可靠性,这是一个 新的领域,称为高速系统设计(HssD,High Speed System Design)。 高速电路有两个方面的含义:一是频率高,通常认为如果数字逻辑 电路设计的频率达到或者超过45MHz~50MHz,而且工作在这个频 率的电路已经占整个电子系统一定的份量(例如三分之一),则称 为高速电路设计。另外一个含义是指数字信号的上升与下降(或称
现在的设计有成百上千的高速信号。 各种工艺、器件和信号类型有不同的信号质量要求:
3.3V 器件由不同于5V器件的噪声裕量 时钟信号由不同于总线的时序要求 PCI总线由不同于ISA总线的过冲限制
印制板上的互连线对信号有明显的影响,必须加以分析。 没有任何一种设计指南完全覆盖现在的所有设计。 对标准设计指南的强制应用,必将造成过头的设计,增加了制造成本和 复杂程度。 关键信号和总线必须基于实际情况加以设计和分析。
串扰与耦合机理
感性串扰的特点: 受害网络与侵害网络之间互感的影响象一个变压器,侵害网络上
的电流在受害网络上诱导出与侵害电流相反极性的电流。这个电流 在受害网络上向两个方向扩散。
受害网络向远端和近端流动的电流的相位相同,且信号跳变方向 与侵害网络相反。
串扰与耦合机理
容性串扰的特点: 受害网络向远端和近端流动的电流的相位相反,向远端传播的电
R1||R2=Z0。交流并联匹配是通过牺牲信号质量来换取直流功耗的 减小。
常见匹配方法(续)
二极管端接匹配
在接受端放置肖特基二极管到电源或地
优点:二极管限制了过冲(小于或等于1V);二极管可以集成在
每一个接受器的芯片内部;不需要直流通路来消耗直流功耗。
缺点:二极管匹配的缺点之一就是在线路上存在多径反射而影响到
缺点:一是要求了两个器件,在高密板时布局时无放置空间;二
是在传输线上的数据会有时间的抖动,依赖于前一个数据的模式
串扰与耦合
当两个网络靠近时,一个网络的电流变化会引起另外一个网络的电 流变化,即产生串扰。也就是两个网络之间的电磁场耦合产生。串 扰只在上升、下降沿电流变化时产生。
串扰与耦合机理
串扰模型:电感耦合模型(感性串扰)和电容耦合模型(容性串 扰)。
*阻抗控制和匹配
*EMC;