信号完整性分析
信号完整性常用的三种测试方法
信号完整性常用的三种测试方法信号完整性是指在传输过程中信号能够保持原始形态和准确性的程度。
在现代高速通信和数字系统中，信号完整性测试是非常重要的工作，它能够帮助工程师评估信号的稳定性、确定系统的极限速率并发现信号失真的原因。
下面将介绍三种常用的信号完整性测试方法。
一、时域方法时域方法是信号完整性测试中最常见和最直观的方法之一、它通过观察信号在时间轴上的波形变化来评估信号的完整性。
时域方法可以检测和分析许多类型的信号失真，如峰值抖动、时钟漂移、时钟分布、幅度失真等。
时域方法的测试设备通常包括示波器和时域反射仪。
示波器可以显示信号的波形和振幅，通过观察波形的形状和幅度变化来判断信号完整性。
时域反射仪可以测量信号在传输线上的反射程度，从而评估传输线的特性阻抗和匹配度。
二、频域方法频域方法是另一种常用的信号完整性测试方法。
它通过将信号转换为频域表示，分析信号的频谱分布和频率响应来评估信号完整性。
频域方法可以检测和分析信号的频谱泄漏、频谱扩展、频率失真等。
频域方法的测试设备通常包括频谱分析仪和网络分析仪。
频谱分析仪可以显示信号的频谱图和功率谱密度，通过观察频谱的形状和峰值来评估信号完整性。
网络分析仪可以测量信号在不同频率下的响应和传输损耗，从而评估传输线的频率响应和衰减特性。
三、眼图方法眼图方法是一种特殊的信号完整性测试方法，它通过综合时域和频域信息来评估信号的完整性。
眼图是一种二维显示，用于观察信号在传输过程中的失真情况。
眼图可以提供信号的时钟抖动、峰值抖动、眼宽、眼深、眼高等指标。
眼图方法的测试设备通常包括高速数字示波器和信号发生器。
高速数字示波器可以捕捉信号的多个周期，并将其叠加在一起形成眼图。
通过观察眼图的形状和特征，工程师可以评估信号的稳定性和传输质量。
总结起来，时域方法、频域方法和眼图方法是常用的信号完整性测试方法。
它们各自具有独特的优势和适用范围，可以互相协作来全面评估信号的完整性。
在实际应用中，根据具体需求和测试对象的特点，选择合适的测试方法是非常重要的。
高频电路设计中的信号完整性分析
高频电路设计中的信号完整性分析在当今的电子技术领域，高频电路设计的重要性日益凸显。
随着电子设备工作频率的不断提高，信号完整性问题成为了影响电路性能和可靠性的关键因素。
信号完整性，简单来说，就是指信号在传输过程中保持其准确性、完整性和时序特性的能力。
在高频电路中，由于信号频率高、边沿陡峭，信号在传输线上的传播特性变得更加复杂，容易出现各种信号完整性问题，如反射、串扰、传输延迟、电磁干扰等。
如果这些问题得不到妥善解决，可能会导致电路性能下降、误码率增加、系统不稳定甚至无法正常工作。
反射是高频电路中常见的信号完整性问题之一。
当信号在传输线上遇到阻抗不连续的点时，部分信号会被反射回源端，与入射信号叠加，从而导致信号波形失真。
例如，在传输线的终端，如果没有匹配合适的负载阻抗，就会产生反射。
为了减少反射的影响，通常采用终端匹配的方法，如串联匹配、并联匹配或戴维南匹配等。
通过合理选择匹配电阻的值，可以使传输线的阻抗在整个长度上保持连续，从而有效地抑制反射。
串扰是另一个需要关注的信号完整性问题。
当两条相邻的传输线靠得很近时，一条线上的信号会通过电磁耦合影响到另一条线上的信号，这就是串扰。
串扰的大小与传输线之间的间距、平行长度、信号频率等因素有关。
为了减小串扰，可以采取增加传输线间距、减小平行长度、使用屏蔽层等措施。
在布线时，应尽量避免平行走线，必要时可以采用正交走线的方式来降低串扰的影响。
传输延迟也是高频电路设计中不可忽视的问题。
由于高频信号在传输线上的传播速度有限，信号从源端到终端会存在一定的延迟。
如果传输延迟过大，可能会导致时序错误，影响系统的正常工作。
为了控制传输延迟，需要选择合适的传输线类型和介质材料，并合理规划布线长度。
同时，在设计中还需要考虑时钟偏差和抖动等因素，以确保时序的准确性。
电磁干扰（EMI）在高频电路中同样不容忽视。
高频信号会产生较强的电磁场，可能会对周围的电子设备造成干扰，同时也容易受到外界电磁场的影响。
信号完整性分析PPT课件
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SI简介
• 学习SI的目的 a.什么是典型的信号完整性问题？ b.这些问题来自哪里？ c.为什么有必要去理解SI问题？ d.如何去分析和解决SI问题？ e.如何去做SI测试？
30.11.2020
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• SI的内容 SI简介
信号完整性它包含两方面的内容，一是 独立信号的质量，另一个是时序。我们 在电子设计的过程中不得不考虑两个问 题：信号有没有按时到达目的地？信号 达到目的地后它的质量如何？所以我们 做信号完整性分析的目的就是确认高频 数字传输的可靠性。
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• 数据采样及时序例子
30.11.2020
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• 数据采样及时序例子 从这个图里面我们可以清楚地看到数据 必须准时到达逻辑门而且在接收端期间 开始锁存前必须确定它们的逻辑状态。 任何数据的延迟或者失真都会导致数据 传输的失败。失败有两种可能：一个是 因为接收端根本就无法识别数据；另一 个是接收端虽然识别了数据，但数据因 为失真而导致错误。
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• SI的重要性
随着高频数字电路的不断发展，SI问题变得越来越引 人注目，数字电路的频率越高，出现SI问题的可能性 就越大，对设计工程师来说，他的挑战也就越大。很 多SI问题实际上都是自然界中的电磁现象，所以SI问 题跟EMI/EMC是息息相关的。
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SI简介
• 理想逻辑电压波形
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SI简介
于博士信号完整性分析
信号完整性研究：什么是信号完整性?如果你发现，以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了，同样的设计，以前没问题，可是现在却无法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件设计中最核心的问题：信号完整性。
早一天遇到，对你来说是好事。
在过去的低速时代，电平跳变时信号上升时间较长，通常几个ns。
器件间的互连线不至于影响电路的功能，没必要关心信号完整性问题。
但在今天的高速时代，随着IC 输出开关速度的提高，很多都在皮秒级，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。
另外，对低功耗追求使得内核电压越来越低，1.2v内核电压已经很常见了。
因此系统能容忍的噪声余量越来越小，这也使得信号完整性问题更加突出。
广义上讲，信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。
主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。
信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。
即使布线拓扑结构没有变化，如果采用了信号上升时间很小的IC芯片，现有设计也将处于临界状态或者停止工作。
下面谈谈几种常见的信号完整性问题。
反射：图1显示了信号反射引起的波形畸变。
看起来就像振铃，拿出你制作的电路板，测一测各种信号，比如时钟输出或是高速数据线输出，看看是不是存在这种波形。
如果有，那么你该对信号完整性问题有个感性的认识了，对，这就是一种信号完整性问题。
很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个小电阻，至于为什么，他们中很多人都说不清楚，他们会说，很多成熟设计上都有，照着做的。
或许你知道，可是确实很多人说不清这个小小电阻的作用，包括很多有了三四年经验的硬件工程师，很惊讶么?可这确实是事实，我碰到过很多。
其实这个小电阻的作用就是为了解决信号反射问题。
而且随着电阻的加大，振铃会消失，但你会发现信号上升沿不再那么陡峭了。
信号完整性分析第一讲
• 周期性加载
图0-1 单个网络的各种互连拓扑情况
图0-2
高速IEEE-1394视频采集系统
0.3 信号完整性分类
信号完整性讨论的主要对象是数字信号，人们 谈的只有数字信号完整性，一般不说模拟信号的 完整性。这是由于数字信号的非理想退化而呈现 的一种模拟效应。主要内因是非常短的数字信号 前后沿(简称前沿)包含大量丰富的高频成分。 按照通常的说法，目前信号完整性研究主要分 为芯片和PCB两个着力点。二者原理上相通、技 术上有别。 SI的分析和测量，有时域和频域两类视点和 途径。
电路图给出元器件及其互连关系。而同一个网络，电属性相 同，其互连拓扑关系可能如下：点到点；星簇 (star cluster)是每
个器件通过长度相等的传输线连接到中心节点上；菊花链 (daisy
chain) 是一条长传输线从每个器件附近经过，器件通过短桩线连 在主传输线上。
• 点到点
• 近、远端簇
• 菊花链
SOP。
各层次真实的互连线有：芯片内各种连线及孔、压焊点、封装 引线、引脚；PCB板的线接头、线条、过孔、接插件；各种连 接电缆。此外，还涵盖各种无源元件；电阻、电容、电感；以 及介质、基板、屏蔽盒、机箱、机架等。而各个层次的器件则 另当别论。把它们看作驱动源和接收器宏模型。
图0-0
五种PCB及系统级中的互连线条形式
在每个转换端口需要10万个以上的晶体管来实现有效的串并并串转换及对抗信号变形失真的预加重有源均衡和传输线中的rc无源均衡技49同层屏蔽线gndddgnd屏蔽层衬底层gnd图012芯片内对抗线间串扰的屏蔽措施剖面说明50图013为了减小电感实际pcb去耦电容过孔的安装情况51去耦电容dd芯片内核gnd图014去耦电容消除地弹仍不如芯片内去耦52图015电缆外加装扼流圈防止emi
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。
SI
0.6 信号完整性测量技术
测量工具也可以分为三类测量仪器：阻抗分析仪；矢量网络 分析仪(VNA)以及时域反射计(TDR)。 阻抗分析仪测量电压/电流比=阻抗。 频率从 100Hz 到 40MHz。 有四个接头，一对接头产生流过被测器件(DUT)的正弦波电流， 第二对接头测量被测器件(DUT)的正弦电压。 矢量网络分析仪在频域工作。每个接头或端口发出一个正弦 电压，频率范围从几 KHz 到 50GHz，在每个频率点测量入射电压 的幅度与相位以及反射的幅度和相位。 时域反射仪(TDR)在时域工作。发射快速上升的阶跃信号， 上升边为 35ps 到 150ps，然后测量反射的瞬态幅度。
高速电路与系统互连设计中
信号完整性(SI)分析
李玉山
西安电子科技大学电路CAD研究所
0.0 信号完整性含义
英文中的人格完整性(personal integrity)，指正直、忠 诚、完美。中文没有，但可以对“完整”这一词义加以类比。 其他还有电源完整性、数据完整性、热完整性等。 信号完整性(SI)，是指信号电压(电流)完美的波形形状及 质量。由于物理互连造成的干扰和噪声，使得连线上信号的波 形外观变差，出现了非正常形状的变形，称为信号完整性被破 坏。信号完整性问题是物理互连在高速情况下的直接结果。 信号完整性强调信号在电路中产生正确响应的能力。
●有损传输线引起数据完整性(DI)问题 有损传输线引起上升边退化，从而引起符 号间干扰或ISI，造成数据不完整问题。 当频率大于1GHz时，介质损耗的增长与频 率成正比，而导线损耗与频率的平方根成正 比(注意此处的自变量为频率)。 FR4的介质损耗对当传输10inch后，上升边 将增加到100ps。
信号完整性(SI)可以泛指由互连线引起的所有信
电子设计中的信号完整性分析
电子设计中的信号完整性分析在电子设计过程中，信号完整性分析是非常重要的一部分。
信号完整性是指在信号传输过程中保持信号的准确性、稳定性和可靠性，确保信号不会失真或受到干扰。
在现代高速电子设备和系统中，信号完整性分析变得尤为关键，因为高速信号传输会受到许多因素的影响，如信号衰减、延迟、串扰和反射等问题。
信号完整性分析最常见的方法之一是使用传输线理论。
在高速信号传输中，信号被视为在传输线上传输的电磁波，传输线上的阻抗、衰减、延迟等参数都会影响信号的传输质量。
因此，通过对传输线的参数进行建模和仿真，可以帮助设计工程师分析和优化信号的传输性能。
另外，时域分析和频域分析也是信号完整性分析的重要工具。
时域分析可以用来研究信号在时间轴上的波形变化，包括上升时间、下降时间、峰值电压等参数；而频域分析则可以用来研究信号在频率域上的频谱信息，包括频率响应、谐波失真等参数。
通过时域分析和频域分析，设计工程师可以更全面地了解信号的特性和传输过程中可能出现的问题。
除了传输线建模和时频域分析，设计工程师还可以通过仿真软件进行信号完整性分析。
仿真软件可以模拟不同信号在设计电路中的传输过程，帮助工程师快速找出潜在的问题并优化设计方案。
通过仿真软件，设计工程师可以对不同参数进行调整，如传输线长度、阻抗匹配、信号的波形和频谱，以达到最佳的信号完整性。
此外，设计工程师在进行信号完整性分析时还需要考虑一些其他因素，如接地设计、功率分配、EMI（电磁干扰）和ESD（静电放电）等。
这些因素都可能会对信号的传输过程造成影响，设计工程师需要综合考虑这些因素，以保证信号的可靠传输和稳定性。
总的来说，在电子设计中的信号完整性分析是保证高速电子系统可靠性和稳定性的关键步骤。
通过传输线建模、时频域分析、仿真软件以及综合考虑其他因素，设计工程师可以找出潜在的问题并优化设计方案，确保信号的准确传输和稳定性，从而提高电子系统的性能和可靠性。
通过不断学习和应用信号完整性分析的方法，设计工程师可以更好地应对日益复杂的电子系统设计挑战，推动电子科技的发展。
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信号完整性分析
信号完整性分析是一种信号传输效率的重要部分，尤其是在网络技术发展快速的今天，它越来越受到重视。
信号完整性分析是研究电气、电子、光学、磁学信号完整性状态的过程，可以帮助分辨信号的有效和无效，提高数据传输的可靠性，帮助解决科技发展中存在的一些技术问题。
信号完整性分析通常包括对信号传输效率的质量检测、时延检测和比特误码率检测三种检测项目。
首先，在信号传输效率的质量检测中，一般是检查传输信号的模拟量，电源和电场的强度等，以及收发端的工作状态等，其检测结果可以直接反映出信号传输效率的水平。
其次，在时延检测项目中，通常是检查收发端传输信号之间的时间差和时间关系，以及数据传输周期，其检测结果可以反映出网络中信号传输的延迟情况。
最后，在比特误码率检测项目中，一般是检查网络数据传输中比特误码率的情况，其检测结果可以反映出网络数据传输的质量情况，并帮助提高数据传输的可靠性。
为了实现信号完整性分析，一般常用的技术手段有时域反射技术、频域反射技术和时频域反射技术等。
时域反射技术是以时域为特征参数，使用特定的精密仪器测量信号传输状态，以判断电线是否损坏，其优点是可以在短信号情况下，迅速准确地判断出当前的信号状态，而且安全、快捷、经济。
频域反射技术是以频域为特征参数，使用专业的检测仪器，根据传输信号的频率和幅度，对网络的信号完整性进行检测，其优点是可以检测出高频信号的变化，并且可以迅速地检出
信号是否受到破坏。
时频域反射技术是利用时间和频率域上的改变，以及信号传输过程中的调制参数等，进行信号完整性检测，其优点是能够在路径衰减和多径效应影响较大的情况下，也能获得准确的检测结果。
信号完整性分析在网络技术发展中，起到了重要的作用，它不仅有助于提高数据传输的稳定性和可靠性，而且可以帮助解决传输中的一些暂时性问题，让信号传输更加顺畅。
然而，在信号完整性分析领域，也存在一些需要完善的地方。
例如，由于信号的传输深度、速度等因素的影响，仍存在比特误码率较高的情况；此外，也存在着传输过程中存在延时的情况，因此，在信号完整性分析方面仍需要持续改进和完善技术。
总之，信号完整性分析是当前科技发展中必不可少的一个重要部分，能够有效地帮助提高网络的可靠性和稳定性，是信号传输效率的重要组成部分。
然而，在信号完整性分析方面仍需要进一步改进和完善技术，才能使信号传输更加顺畅。