[教学]基于旌旗灯号完整性剖析的数字高速PCB的设计方法

上传者：马盛林
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上传时间：2015-04-28
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[教学]基于旌旗灯号完整性剖析的数字高速PCB的设计方法

基于信号完整性分析的高速数字PCB 的设计方法

基于信号完整性分析的高速数字PCB 的设计方法

本文介绍了一种基于信号完整性计算机分析的高速数字信号PCB 板的设计方法。在这种设计方法中，首先将对所有的高
速数字信号建立起PCB 板级的信号传输模型，然后通过对信号完整性的计算分析来寻找设计的解空间，最后在解空间的
基础上来完成PCB 板的设计和校验。
随着集成电路输出开关速度提高以及PCB 板密度增加，信号完整性已经成为高速数字PCB 设计必须关心的问题之一。
元器件和PCB 板的参数、元器件在PCB 板上的布局、高速信号的布线等因素，都会引起信号完整性问题，导致系统工
作不稳定，甚至完全不工作。
如何在PCB 板的设计过程中充分考虑到信号完整性的因素，并采取有效的控制措施，已经成为当今PCB 设计业界中的
一个热门课题。基于信号完整性计算机分析的高速数字PCB 板设计方法能有效地实现PCB 设计的信号完整性。
1. 信号完整性问题概述
信号完整性(SI)是指信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和
电压幅度到达IC，则该电路具有较好的信号完整性。反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。从广义
上讲，信号完整性问题主要表现为5 个方面：延迟、反射、串扰、同步切换噪声(SSN)和电磁兼容性(EMI)。
延迟是指信号在PCB 板的导线上以有限的速度传输，信号从发送端发出到达接收端，其间存在一个传输延迟。信号的延
迟会对系统的时序产生影响，在高速数字系统中，传输延迟主要取决于导线的长度和导线周围介质的介电常数。
另外，当PCB 板上导线(高速数字系统中称为传输线)的特征阻抗与负载阻抗不匹配时，信号到达接收端后有一部分能量
将沿着传输线反射回去，使信号波形发生畸变，甚至出现信号的过冲和下冲。信号如果在传输线上来回反射，就会产生振
铃和环绕振荡。
由于PCB 板上的任何两个器件或导线之间都存在互容(mutul cpcitnce)和互感，当一个器件或一根导线上的信号发生变化
时，其变化会通过互容和互感影响其它器件或导线，即串扰。串扰的强度取决于器件及导线的几何尺寸和相互距离。
当PCB 板上的众多数字信号同步进行切换时(如CPU 的数据总线、地址总线等)，由于电源线和地线上存在阻抗，会产生
同步切换噪声，在地线上还会出现地平面反弹噪声(简称地弹)。SSN 和地弹的强度也取决于集成电路的IO 特性、PCB 板

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