高速数字PCB板设计中的信号完整性分析

高速数字PCB板设计中的信号完整性分析作者：王爱珍，WANGAizhen作者单位：忻州师范学院,山西,忻州,034000刊名：现代电子技术英文刊名：MODERNELECTRONICSTECHNIQUE年，卷(期)：2009，32(1)被引用次数：0次参考文献(10条)1.傅晓程印制电路板的电磁兼容问题研究[期刊论文]-实验技术与管理2006(02)2.向红权.苏先海.王瑛PCB设计中的电磁兼容性[期刊论文]-现代电子技术2006(06)3.吴荣海.程智宾印刷电路板的电磁兼容设计[期刊论文]-宁德师专学报2006(04)4.于月森.伍小杰.王青春高速电路印刷电路板的可靠性设计[期刊论文]-电子质量2006(11)5.吕英华信号完整性分析与实现[期刊论文]-电气技术2007(02)6.曹宇.丁志刚.宗宇伟PCB板级信号完整性的仿真及应用[期刊论文]-泰州职业技术学院学报2006(06)7.陈倩基于高速时钟电路终端的信号完整性分析[期刊论文]-电讯技术2005(03)8.朱良乐高速信号完整性分析[期刊论文]-山西建筑2007(36)9.吴伯春.龚清萍信号完整性分析技术[期刊论文]-航空电子技术2004(02)10.秦德淳.陈雷.蒲有珠基于信号完整性分析的阻抗匹配问题研究[期刊论文]-科学技术与工程2008(04)相似文献(10条)1.学位论文黄迎祺高速PC和笔记本电脑PCB板信号完整性设计2007从TTL、GTL到HSTL、SSTL，目前芯片接口物理标准的演变反映了集成电路工艺的不断进步，同时也反映了现代工艺对高速信号传输要求的不断提高。而根据一些业内调查显示，大约20％的PCB设计(甚至更多)是由于信号完整性问题而导致最终失败的。与之相对应的是，随着用户对于台式机和笔记本电脑的需求越来越多，对品质要求也越来越高，对处理速度需求越来越快，在市场的需求下下游PC和笔记本电脑电脑芯片厂商如INTEL，AMD，VIA，ATI，NVIDIA，SIS等，都将从传统的兆级电路系统和芯片设计提升到百兆甚至千兆级的级别，同时相对的工S0协议部门制定的适用于PC和笔记本电脑电脑系统的高速信号的协议也越来越多，像LVDS，DVI，PCI-E，DDR，DDR2，DDR3，Frontsidebus，DMI，USB，Sata，FIRE1394，Ethernet等-系列的新的高速协议相继出现。我们知道相对于低速的数字设计而言，高速数字设计强调被动电路元件的作用。这些被动元件包括电线，电路板，和集成电路封装所组成的数字产品。在低速设计中，被动元件只是被看作产品封装的一部分，但是在高速设计中，它们直接影响了电路性能，如信号传输(振铃和反射)，信号相互作用(串扰)以及电磁辐射等。这些高速信号协议的出现以及PCB板层的限制导致系统的PCB板设计越来越困难，因此基于这个原因，信号完整性以及重视信号完整性变得日益重要。而在具体的信号完整性分析时中，影响到电路的负载特性以及波形性能的因素太多，这样势必对电路设计者要求更高，电路设计者要考虑这些控制的实际实现方式以及相对应的措施。本论文基于高速信号在PC和笔记本电脑系统的PCB板设计的内在性质及其影响理论，简要的讨论了如何针对高速PCB板信号完整性设计及仿真来提高信号的品质及如何避免噪声干扰。2.学位论文王洛欣高速并行总线接口的信号完整性分析与设计2006实现诸如并行处理或者其他复杂的功能，且工作在更高工作频率的高性能系统对承载这些电路的单板设计的提出了更苛刻的要求。当前设计人员面临的设计问题主要是严密的时钟分布和高速接口设计以满足当前对带宽的迫切要求。随着集成电路开关速度的提高以及PCB(PrintedCircuitBoard)板密度的增加，信号完整性问题已成为高速PCB设计必须关注的问题之一。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。如何在高速PCB设计过程中充分考虑信号完整性因素，并采取有效的控制措施，已成为当今PCB设计业界的一个热门课题。关于信号完整性分析的应用也是一个比较重要的课题。总线作为各个模块的公共数据通道，它的稳定性通常关系到整个系统的性能。人们在总线设计方面已经进行了很多的研究。在总线设计过程中，通常使用信号完整性来进行分析，这个概念贯穿在整个总线系统的设计过程中。本文介绍了高速并行总线互连设计中出现的信号完整性问题及新的设计方法学。对相关的时序、反射、串扰和地弹等问题进行了深入讨论，并利用Cadence公司EDA软件SpecctraQuest对其作了相应的仿真。根据以上研究的结果，指导本人完成了实际工程项目可视电话方案的设计制作，制出的PCB板性能稳定可靠、系统工作正常，达到了一次制板成功的预期目的，缩短了研发周期，降低了成本。充分表明了信号完整性分析对于高速互连设计的重要性。3.期刊论文吴莹.袁嗣杰.汪顶武.WUYing.YUANSi-jie.WANGDing-wu卫星焦面PCB板的EMC设计和仿真-火力与指挥控制2006,31(9)总结了设计卫星焦面PCB板中用于解决电磁兼容问题的措施.设计中使用Protel99SE绘制原理图、制PCB板和DRC检查;用Hyperlynx6.1输出传输线模型;用OrCAD9.2绘制等效传输线原理图、仿真信号完整性波形、确定端接方式和数值.充分地利用了三个软件的特点,对该板进行了电磁兼容设计,信号完整性分析,灵活地实现了多板间的仿真分析,并用仿真结果检验和反馈了PCB的设计.最后给出了用仿真解决时钟信号完整性问题的一个实例.4.学位论文韩海涛高速数字PCB板互连噪声建模与仿真研究2006随着集成电路制造工艺突飞猛进地发展(已经达到65nm)，越来越多的高开关速度、高管脚密度器件被应用于数字系统当中，而与此同时，系统的供电电压呈现明显的下降趋势(从5V到1.2V)。具体体现到高速PCB板级设计上，则为信号完整性(SignalIntegrity，简称SI)、电源完整性(PowerIntegrity，简称PI)和电磁兼容性(ElectroMagneticCompatibility，简称EMC)问题的影响已经达到了不可忽略的地步，经常会出现逻辑功能正确的数字系统不能在物理结构上实现。因此，如何在系统设计以及板级设计中考虑SI/PI/EMI问题，并采用有效的控制措施和设计规则使达到“设计即正确”(“CorrectByDesign”)的理想状态，成为当今系统设计工程师和PCB设计业界中的一个热门课题。简单地说，高速设计问题无外乎数字信号变形、时序和辐射问题；从研究对象来讲，无非是对有源驱动/接收单元和无源互连单元进行建模与仿真。本文只考虑了无源互连单元使信号变形的问题(即互连噪声)，包括延迟、反射、微带不连续、串扰、同步切换噪声等SI/PI问题。目前也有一些针对这些噪声的高速PCB板级仿真软件，但它们都缺乏详尽的建模能力，特别是当频率逐渐提高和电路板日益复杂后，更是显得无能为力，要精确地对互连结构进行分析，三维全波仿真器似乎不可缺少，其缺点就是速度慢，对整板仿真几乎不可能实现，但非常适用于规则开发，而这正好是本文除了建模与仿真方法研究外另一个重点。为了达到精度和速度的平衡，本文找到了一种“场”“路”结合的方法，既使得结果中蕴涵了实际PCB板中物理结构信息，又很好地解决了仿真速度的问题。首先通过电磁场数值分析方法—有限元法(FEM)对互连结构进行仿真分析，而得到的散射/导纳/阻抗矩阵参数(S/Y/Z矩阵参数)，然后通过矢量拟合方法(VFM)把S/Y/Z矩阵参数转化为等效SPICE等效电路模型，并且提取出电路参数，完成了频域到时域的转换，最后使用电路仿真器进行时域仿真，从而开发出了一系列高速数字PCB板设计规则。本文对这种方法(命名为FEM-VFM)作了详尽的论述，并且运用到实际的互连噪声分析当中，得到了一些设计规则。希望该方法会给信号完整性工程师提供一种新的思路，而开发出的这些规则会对国内历史还不到十年的高速数字PCB设计领域有一定的指导意义。5.期刊论文陈书汉.庞其昌高速DSP系统的PCB板设计研究-科学技术与工程2007,7(23)介绍了高速DSP系统PCB板的特点以及基于信号完整性设计应注意的几个问题,包括电源线设计、地线设计、阻抗匹配端接技术.测试结果表明,该设计方案可靠、合理,很好地解决了系统的信号完整性问题.6.学位论文胡海欣高速PCB板级信号完整性问题研究2004电子设计领域的快速发展，使得由集成电路构成的电子系统朝着大规模、小体积和高速度的方向发展。随着芯片的体积越来越小，电路的开关速度越来越快，PCB的密度越来越大，以及信号的工作频率越来越高，如何正确处理板级信号完整性问题已经成为高速PCB设计能否成功的关键。课题首先介绍了传输线的类型和PCB的基本结构，分析了PCB结构对信号传输性能的影响。课题重点研究了板级信号完整性的关键技术-端接和串扰。在高速数字系统设计中，端接的好坏决定了系统的成败，本文仔细研究了端接技术的原理、类型以及各种端接方式的适用范围；针对高速PCB中普遍存在的串扰问题，仔细分析了串扰产生的原因和造成的危害，总结了一些减小串扰的措施。过去高速PCB布线时，过孔的阻抗常常被忽略，而正是这种过孔阻抗不连续所引起的反射，导致了严重的信号完整性问题。课题通过对PCB过孔的理论分析，提出了一种阻抗可控的过孔设计方法。应用这种方法，可以有效地解决传输线阻抗不连续的问题，借助于仿真工具对这种设计方法进行了仿真与验证。现代高速PCB设计中，电源的种类越来越多，一个平面存在多种电源的现象(电源分割技术)也越来越多地出现。课题中介绍了信号跨电源分割的基本原理，仔细分析了信号跨电源分割造成的危害，研究了数模混合PCB的设计方法。基于器件模型的板级信号完整性分析的PCB设计方法已成为现代高速PCB设计的主流。作为巨型机等重点工程PCB设计方法的探索与研究，课题中着重研究了目前主流的PCB仿真工具和仿真方法，仔细分析了器件模型的原理和建立方法，并通过实例，用仿真工具进行实际的仿真与分析，对重点工程PCB设计分析方法进行了有益的探讨。过去的PCB仿真，要加载SPICE模型才能完成，太复杂也很难实现，课题中采用加载IBIS模型进行信号完整性分析的方法，对影响板级信号完整性的各主要因素都进行了详细的仿真；另外，在板级仿真时，有时找不到合适的IBIS模型，通过分析信号的类型和IBIS模型的语法格式，提出一种利用同类I/OBuffer模型替代仿真的方法，从而解决了板级仿真的可实现性问题。7.期刊论文周萍.ZhouPing高速PCB板的信号完整性设计-电子质量2009,(1)随着集成电路开关速度的提高以及PCB板密度的增加,信号完整性问题已成为高速PCB设计必须关注的问题之一.如何在高速PCB设计过程中充分考虑信号完整性因素,并采取有效的控制措施,已经成为当今系统设计能否成功的关键.此文在充分考虑SI的基础上,利用Cadence的Allegro完成了基于DSP和FPGA的某信号处理机的硬件设计,并使用Mentor公司的Hyperlynx进行仿真分析优化PCB设计,避免了信号完整性的潜在影响.8.学位论文徐红波高速通信系统中PCB板级电源分配系统对信号完整性影响的研究——电源完整性2005本文从高速通信系统的PCB板级电源完整性分析入手：介绍了电源完整性的相关定义，分析了产生电源完整性问题的原因以及电源完整性问题对高速线路造成的影响。并着重分析了电源分配系统的同步切换噪声，地弹等现象；分析了旁路电容在解决电源完整性问题中的重要作用；推导建立了组成电源分配系统的开关电源模块，电源、接地平面，和旁路电容的Spice模型；利用Cadence公司的SPECCTRAQuestTMPowerIntegrity设计仿真工具，将所建立的模型有效的应用到媒体网关产品A7XXX的媒体转换MCM控制模块的电源完整性分析中，对部分电源分配路径进行了优化设计；首次采用动态电子负载测量方法，自行设计了电源完