高速PCB设计中的信号完整性和传输延时分析
浅谈PCB的信号完整性设计分析
浅谈PCB的信号完整性设计分析PCB（Printed Circuit Board）是现代电子技术中不可或缺的一部分，其作用是将电子元器件组成的集成电路板进行布局和布线，以实现电路的连接和功能的实现。
在 PCB 的设计过程中，信号完整性（Signal Integrity，SI）是一个重要的概念，其涉及的关键参数包括信号噪声、传输延迟、波形畸变等，对于高速高频率电路的设计尤为重要。
本文将浅谈 PCB 的信号完整性设计分析。
一、信号完整性设计需求在 PCB 的设计中，信号完整性的设计是为了保证信号在传输过程中的稳定性和准确性。
在高速高频率电路中，信号噪声、传输延迟和波形畸变等问题都会对电路的性能产生重要的影响，例如信号失真、时钟抖动，甚至会导致系统的失效。
因此，对于信号完整性的设计，需要考虑以下几个方面：1. 电磁兼容性（EMC）：电磁兼容性是指电子设备在复杂电磁环境中工作时，能够在不产生或接受有害的电磁干扰的情况下，正常工作的能力。
在 PCB 的设计中，EMC 是一个重要的设计需求，需要考虑 PCB 的布局、层间距离、接地方法等因素。
2. 传输延迟（Transmission Delay）：传输延迟是指信号从发送端到接收端所需的时间延迟。
在高速高频率电路中，传输延迟通常是几个纳秒的时间，需要通过电路设计和仿真来保证延迟的准确性和稳定性。
3. 信号噪声（Signal Noise）：信号噪声是指在信号传输过程中由外界干扰引起的电压或电流变动。
在 PCB 的设计中，信号噪声主要由环境干扰和电路本身产生的噪声所组成，需要通过合适的信号层、屏蔽和滤波电路等方式来减少信号噪声，保证信号的清晰度和准确性。
4. 波形畸变（Waveform Distortion）：波形畸变是指信号在传输过程中由于电路本身的特性，如频率响应、功率限制等，导致信号波形发生失真或变形的现象。
在 PCB 的设计中，需要通过仿真和优化等手段来降低波形畸变，保证信号的稳定性和准确性。
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。
PCB设计中的信号完整性分析方法
PCB设计中的信号完整性分析方法PCB设计是现代电子产品开发中不可或缺的一环。
而信号完整性是保证电子产品性能和可靠性的重要因素之一。
本文将介绍PCB设计中常用的信号完整性分析方法。
一、信号完整性的重要性信号完整性是指信号在电路板上的传输过程中，能够保持其原有的波形、速度和幅度，没有失真、噪声或者延迟。
信号完整性的不良会导致各种问题，如时钟偏移、串扰、干扰等，从而影响整个系统的性能和稳定性。
二、信号完整性分析方法1. 布线规则设计在PCB设计过程中，通过合理的布线规则设计可以减少信号的串扰和耦合。
比如，避免信号线之间的交叉、保持适当的距离、分层布线等。
2. 传输线理论传输线理论是用于分析高速信号传输的一种方法。
通过建立传输线模型，可以预测信号在传输过程中的行为。
在信号完整性分析中，可以使用传输线理论对信号的波形、传播时间和幅度进行分析。
3. 电磁仿真电磁仿真是一种基于数值计算的信号完整性分析方法。
通过建立PCB的电磁场模型，可以确定信号在电路板上的传播路径和互连耦合情况。
常用的电磁仿真软件包括HFSS、ADS等。
4. 时域分析时域分析是一种基于时间的信号完整性分析方法。
通过观察信号的波形和过渡边沿，可以判断信号是否出现失真、震荡或者反射等问题。
常用的时域分析工具包括示波器、逻辑分析仪等。
5. 频域分析频域分析是一种基于频率的信号完整性分析方法。
通过对信号的频谱进行分析，可以判断信号是否出现带宽限制、谐振或者频率响应不平坦等问题。
常用的频域分析工具包括频谱分析仪、网络分析仪等。
6. 时序分析时序分析是一种基于时钟的信号完整性分析方法。
通过分析信号在时钟边沿触发的时间关系，可以判断信号的稳定性和时钟偏移情况。
常用的时序分析工具包括时序分析仪、时钟提取软件等。
三、信号完整性验证流程针对PCB设计中的信号完整性问题，通常可以采用以下的验证流程：1. 设计规则检查（DRC）：通过软件工具检查布线是否符合设计规则，是否存在潜在的信号完整性问题。
从PCB设计信号完整性
从PCB设计信号完整性PCB设计信号完整性是指在PCB电路板上保持信号完整性的技术要求，以确保电子设备的正常运行。
信号完整性是一项综合考虑信号传输过程中的各种因素的工程学科，包括信号的噪声和失真、信号传输的延迟和抖动等。
PCB设计信号完整性是高速和多层电路板设计中的一个关键方面。
下面将详细介绍PCB设计信号完整性的重要性、设计原则和常用的技术手段。
PCB设计信号完整性的重要性如下：1.高速信号完整性：随着高速电子设备的普及，如高速计算机、高速通信系统等，高速信号的完整性的问题越来越重要。
在高频电子设计中，信号完整性是电磁兼容性（EMC）和辐射性能的关键因素。
2.减少信号中的噪声和失真：在信号传输过程中，例如在长距离传输线上或信号链中，信号会受到各种噪声和失真的干扰，例如串扰、时钟偏移、反射、散射和抖动等。
信号完整性设计能够减少这种噪声和失真，提高信号传输的质量。
3.提高信号传输的稳定性：在设计中考虑信号完整性可以提高信号传输路径的稳定性，降低传输过程中的错误率。
特别是在高速电路设计中，传输线的选用、终端匹配和信号的校准对信号传输性能至关重要。
PCB设计信号完整性方面的设计原则如下：1.保持信号完整性的连续路径：在信号的传输路径上，包括传输线、连线和接插件等，应该避免信号的突变、死区和断续，以保持信号的连续性和完整性。
2.控制信号噪声：通过适当的阻抗匹配、屏蔽和终端匹配技术，控制信号线上的噪声，降低串扰和其他干扰。
此外，还可以通过选择合适的电源滤波器来消除电源噪声。
3.控制信号传输的延迟和抖动：通过适当的传输线设计和减少信号反射，控制信号传输中的延迟和抖动。
此外，可以利用布线规则和降噪技术来控制信号传输过程中的时钟偏移。
4.优化地面和电源设计：在PCB设计中，地面和电源规划是十分重要的。
良好的地面层设计和电源规划可以降低共模噪声和电源噪声，提高信号完整性。
常用的PCB设计信号完整性技术手段如下：1.传输线和差分对：在高速设计中，使用传输线和差分对可以有效地控制信号的传播速度和噪声干扰。
PCB信号完整性分析与设计
PCB信号完整性分析与设计在电子设计领域，信号完整性（Signal Integrity，简称SI）是指电路系统中信号的质量和稳定性。
PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）作为电子设备的基础组件，其信号完整性分析与设计直接影响到整个电子设备的工作性能。
本文将探讨PCB信号完整性分析的重要性以及设计策略。
在现代电子系统中，高速数字信号的传输越来越普遍，对PCB信号完整性的要求也越来越高。
如果信号完整性得不到保障，会导致一系列问题，如电磁干扰（EMI）、电源噪声、时序错误等，严重时可能导致系统崩溃。
阻抗不连续：当信号在PCB走线传输时，如果阻抗突变，会导致信号反射，从而影响信号完整性。
串扰：相邻信号线之间的电磁耦合会导致信号间的干扰，影响信号的纯净性。
电源噪声：电源的不稳定或噪声会影响数字系统的时序和稳定性。
接地问题：不合理的接地方式会导致信号间的干扰和电源噪声的引入。
合理规划信号走线：根据信号的特性和频率，选择合适的走线方式，如并行走线、差分走线等，以减小信号间的干扰。
优化阻抗匹配：通过计算和控制阻抗，使信号在传输过程中的反射最小。
减少串扰：通过增加间距、使用屏蔽罩等方式，减小信号间的电磁耦合。
电源和接地设计：采用稳定的电源系统和合理的接地方式，以减小电源噪声和信号干扰。
使用去耦电容：在关键电源和接地节点处使用去耦电容，可以有效吸收电源噪声和减少信号干扰。
信号时序控制：通过合理的设计，保证信号的时序正确，避免因时序错误导致的系统不稳定。
仿真与优化：使用专业的仿真工具对设计进行仿真，根据仿真结果对设计进行优化。
PCB信号完整性分析与设计是保证现代电子系统性能的重要环节。
通过对影响信号完整性的主要因素进行分析，我们可以针对性地提出有效的设计策略。
在实施这些策略时，需要综合考虑系统的复杂性和实际可操作性，确保设计的实用性和有效性。
随着电子技术的发展，我们需要不断地更新和改进信号完整性设计和分析的方法，以满足更高性能、更低功耗、更小体积的电子设备需求。
PCB板设计中高速信号传输技术研究
PCB板设计中高速信号传输技术研究随着信息时代的到来，计算机、通信、消费电子等领域的发展越来越快。
在这些领域中，数字信号的传输速度越来越快，高速传输已经成为了一种普遍现象。
因此，对于PCB板的高速信号传输技术的研究也变得日益重要。
本文将从以下几个方面对高速信号传输技术进行探讨。
一、设计原则在PCB板的高速传输中，设计原则非常重要。
由于数字信号传输速度较快，高速信号的信号完整性将是整个设计的核心问题。
因此，为了保证信号的传输质量，设计人员必须采取下面的原则：1.时序关系时序关系是数据传输中非常关键的一环。
在设计PCB板之前，必须清楚地确定各个信号的时序关系，确保各信号传输宽度和触发原理正确无误。
2.接口匹配为了避免数据传输中的干扰和信号质量的下降，PCB板设计中需要确保各个接口的电学特性能够匹配。
3.电路布局在PCB板的设计中，电路布局是非常关键的一环。
因此，必须在布局过程中使用合适的技术，使电路板的布线合理、紧凑和可靠，从而提高整个PCB系统的可靠性和稳定性。
二、PCB板材料在PCB板的高速设计中，PCB板材料与信号传输质量是息息相关的。
目前市场上常用的是高频、低损耗的介电常数Epoxy蜂窝板(如Rogers)和特殊基板(如PTFE、Rogers和Arlon)。
在一些高速信号传输设计中，使用这种材料可以减小信号的失真和反射，提高信号质量。
三、布线技术在PCB布线的过程中，布线技术的应用对于高速信号传输也是非常重要的。
要减小信号失真，必须设计一个较精细的电路，如控制信号的路由阻抗、减缓反射和电磁干扰。
具体实施时可以采用下面的技术：1.盲通孔技术当控制信号的频率较高时，需要采用多层PCB布线技术。
在多层PCB布线技术中，盲孔借鉴相邻层的电路板信号，避免了信号传输的延时。
2.空心线技术空心线技术是PCB布线设计中非常常见的一种技术，通过对减锯齿和反射的抑制，实现信号传输的实时性。
四、控制通道阻抗在高速传输过程中，信号传输时常受到控制通道阻抗的影响。
如何实现高速PCB设计的信号完整性
信号完整性(SI)问题正成为数字硬件设计人员越来越关注的问题。
由于无线基站、无线网络控制器、有线网络基础架构及军用航空电子系统中数据速率带宽增加，的设计变得日益复杂。
目前，芯片间高速串行链接已经获得广泛应用，以提高整体吞吐性能。
处理器、及数字信号处理器可相互传输大量数据。
此外，该数据可能必须从板发出，通过背板传输至交换卡，而交换卡可将数据发送至机箱内的其他卡或“系统”内的其他地方。
支持RadIO的交换可实现这些不同组件之间的互连，并广泛用于满足这些应用的实时带宽需求。
本文主要探讨涉及高速接口设计(RapidIO交换的主要功能支持这些高速接口设计)的信号完整性难题以及其他相关事项，优化RapidIO交换的功能旨在实现高速设计中较高的信号完整性。
高速接口设计难题信号质量对于系统的各个方面均非常重要。
对于串行RapidIO而言，信号质量通过接收眼图的大小进行量化。
接收眼图是一个无限延续的轨迹，其中，波形会随上一个轨迹不断重复。
眼图开得越大，信号质量就越好。
信号质量可能受多方面的影响：信号通道中出现噪声或其他杂乱信号、信号通道差、外部源的传导或辐射、系统本身产生的噪声。
上述所有因素结合在一起会导致接收眼图缩小。
除电路板级问题外，信号完整性亦可能受到连接的源(传输端)及目的地(接收端)的影响。
因此，应在整体系统级的信号完整性中考虑源及目的地的IC特点。
电路板级设计的考虑因素就而言，应考虑的常见因素包括：1．电路板的电源输入、本地调节器的输出及分配2．生成及分配3．退耦4．基础材料5．芯片间连接6．电路板间连接及背板连接7．电路板层叠及阻抗控制8．机架间连接器、电缆及接头工作频率高于300MHz时，适用于较低频率电路板设计的大部分设计最佳惯例均需修改。
必须考虑当波长与电路板尺寸可比时出现的因素。
这不仅适用于基本频率的波长，也适用于构成完整波形的傅立叶(频域)分量。
材料仍可成功用作电路板的基础材料，但在较高频率下，不仅需要考虑材料的介电常数，还需要考虑损耗系数。
高速PCB设计中信号完整性的仿真与分析经验
高速PCB设计中信号完整性的仿真与分析经验信号完整性是高速PCB设计中非常重要的考虑因素之一，它涉及到信号的传输特性、功率完整性和噪声抑制等方面。
为了确保良好的信号完整性，需要进行仿真和分析，下面将分享一些经验。
首先，进行信号完整性仿真和分析时，通常会使用电磁场仿真软件，如HyperLynx、ADS和Siemens Polarion等。
这些软件提供了强大的仿真工具，可以模拟高速信号在PCB板层间、连线延迟、反射噪声和交叉耦合等方面的特性。
在进行PCB布线之前，可以使用S参数仿真来预测信号传输损耗和延迟。
S参数仿真可以帮助确定适当的信号线宽和间距，以确保信号在传输过程中不会过多地损耗信号强度。
另外，还可以使用时间域仿真来观察信号的时钟偏移、波形畸变和振荡等问题。
在信号完整性分析中，功率完整性也是一个重要的考虑因素。
为了确保功率供应的稳定性，可以使用直流仿真来模拟电流分布和功率供应网络的负载情况。
同时，也需要考虑布线的阻抗匹配和电源降噪等因素，以确保信号传输过程中的稳定性和可靠性。
噪声抑制是信号完整性另一个重要的方面。
在高速PCB设计中，尤其是在高频电路中，信号可能会受到电磁干扰、串扰和反射等干扰。
为了抑制这些噪声，可以使用串扰仿真来分析信号互相之间的干扰程度，并采取相应的补救措施，如增加地线和电源平面或添加层间抑制器等。
此外，还可以通过仿真来评估不同布线方案的性能。
通过对比仿真结果，可以选择性能最佳的布线方案，以实现更好的信号完整性。
除了进行仿真分析，还应根据实际情况对设计进行优化，如合理布局和分隔模块、减少信号线长度、使用合适的信号线层间堆叠等。
总结起来，信号完整性的仿真与分析在高速PCB设计中起着至关重要的作用。
通过运用合适的仿真工具和技术，可以提前检测和解决信号完整性问题，提高PCB设计的可靠性和性能。
同时，也需要结合实际经验和优化措施，确保设计的有效性和可行性。
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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。