信号完整性是许多设计人员在高速数字电路设计中涉及的主要主题之一。信号完整性涉及数字信号波形的质量下降和时序误差,因为信号从发射器传输到接收器会通过封装结构、PCB走线、通孔、柔性电缆和连接器等互连路径。当今的高速总线设计如LpDDR4x、USB3.2Gen1/2(5Gbps/10Gbps)、USB3.2x2(2x10Gbps)、PCIe和即将到来的USB4.0(2x20Gbps)在高频数据从发送器流向接收器时会发生信号衰减。本文将概述高速数据速率系统的信号完整性基础知识和集肤效应、阻抗匹配、特性阻抗、反射等关键问题。信号完整性测试所需工具说明;PCI-E测试信号完整性分析热线
3、串扰和阻抗控制来自邻近信号线的耦合将导致串扰并改变信号线的阻抗。相邻平行信号线的耦合分析可能决定信号线之间或者各类信号线之间的“安全”或预期间距(或者平行布线长度)。比如,欲将时钟到数据信号节点的串扰限制在100mV以内,却要信号走线保持平行,你就可以通过计算或仿真,找到在任何给定布线层上信号之间的小允许间距。同时,如果设计中包含阻抗重要的节点(或者是时钟或者高速内存架构),你就必须将布线放置在一层(或若干层)上以得到想要的阻抗。
4、重要的高速节点延迟和时滞是时钟布线必须考虑的关键因素。因为时序要求严格,这种节点通常必须采用端接器件才能达到比较好SI质量。要预先确定这些节点,同时将调节元器件放置和布线所需要的时间加以计划,以便调整信号完整性设计的指针。 PCI-E测试信号完整性分析热线数字信号完整性测试进行抖动分析;
信号的能量大部分集中在信号带宽以下,意味着我们在考虑这个信号的传输效应时, 主要关注比较高频率可以到信号的带宽。
所以,假如在数字信号的传输过程中可以保证在信号的带宽(0.35亿)以下的频率分量(模 拟信号)经过互连路径的质量,则我们可以保证接收到比较完整的数字信号。
然而,我们会在下面看到在考虑信号完整性问题时由于传输路径阻抗不连续对信号的反 射,损耗随频率的增加而增加的特性等因素,这些频率分量在传输时会有畸变,从而造成接 收到的各个频率的分量叠加在时并不能完全保证复现原有的时域的数字信号。
信号完整性问题及解决方法
信号完整性问题的产生原因,影响信号完整性的各种因素,以及各因素之间的互相作用,辨识潜在风险点。信号完整性设计中5类典型问题的处理方法辨析。初步认识系统化设计方法。对信号完整性问题形成宏观上的认识。
什么是信号完整性?
一些常见的影响信号质量的因素。
信号完整性设计中5类典型问题。
正确对待仿真与设计。
信号传播、返回电流、参考平面合理选择参考平面、控制耦合、规划控制返回电流,是信号完整性设计的一项基本但非常重要能力。信号传播方式是理解各种信号完整性现象的基础,没有这个基础一切无从谈起。返回电流是很多问题的来源。参考平面是安排布线层、制定层叠结构的依据。耦合问题导致PCB设计中可能产生很多隐藏的雷区。本部分用直观的方式详细讲解这些内容。通过案例展示如果处理不当可能产生的问题,以及如何在系统化设计方法中应用这些知识。 信号完整性测试项目可以分为几大类;
眼图测试
眼图测试是常用的测试手段,特别是对于有规范要求的接口,比如 E1/T1、USB、10/100BASE-T,还有光接口等。这些标准接口信号的眼图测试,主要是用带 MASK(模板)的示波器,包括通用示波器,采样示波器或者信号分析仪,这些示波器内置的时钟提取功能,可以显示眼图,对于没有 MASK 的示波器,可以使用外接时钟进行触发。使用眼图测试功能,需要注意测试波形的数量,特别是对于判断接口眼图是否符合规范时,数量过少,波形的抖动比较小,也许有一下违规的情况,比如波形进入 MASK 的某部部分,就可能采集不到,出现误判为通过,数量太多,会导致整个测试时间过长,效率不高,通常情况下,测试波形数量不少于 2000,在 3000 左右为适宜。 信号接口一致性高速信号完整性测试;PCI-E测试信号完整性分析热线
提供完整信号完整性测试解决方案;PCI-E测试信号完整性分析热线
信号完整性改善方法:
-添加电源滤波电容和电源抗性;
-添加信号滤波器;
-减少线路长度;
-减少单板上的信号层间距离;
-加强屏蔽接地,减少电磁辐射干扰;
-使用差分信号传输,减少串扰。
综上所述,理解信号完整性的基础知识并掌握常用的测试方法,对于设计高速数字系统以及解决信号干扰和失真问题非常重要。
总之,信号完整性是高速数字系统设计中的一个关键问题,它需要设计人员了解基本概念、常见的失真类型和相应的分析方法。通过对信号完整性进行分析和优化,可以确保数字系统在传输和处理高速数据时能够满足性能和可靠性要求。 PCI-E测试信号完整性分析热线
信号完整性的设计方法(步骤) 掌握信号完整性问题的相关知识;系统设计阶段采用规避信号完整性风险的设计方案,搭建稳健的系统框架;对目标电路板上的信号进行分类,识别潜在的SI风险,确定SI设计的总体原则;在原理图阶段,按照一定的方法对部分问题提前进行SI设计;PCB布线阶段使用仿真工具量化信号的各项性能指标,制定详细SI设计规则;PCB布线结束后使用仿真工具验证信号电源等网络的各项性能指标,并适当修改。 设计难点信号 质量的各项特征:幅度、噪声、边沿、延时等。SI设计的任务就是识别影响这些特征的因素。难点1:影响信号质量的因素非常多,这些因素有时相互依赖、相互影响、交叉在一起...