信号完整性--系统化设计方法及案例分析

信号完整性是内嵌于PCB设计中的一项必备内容，无论高速板还是低速板或多或少都会涉及信号完整性问题。仿真或者guideline的确可以解决部分问题，但无法覆盖全部风险点，对高危风险点失去控制经常导致设计失败，保证设计成功需要系统化的设计方法。许多工程师对信号完整性知识有所了解，但干活时却无处着手。把信号完整性设计落到实处，也需要清晰的思路和一套可操作的方法。系统化设计方法是于争博士多年工程设计中摸索总结出来的一套稳健高效的方法，让设计有章可循，快速提升工程师的设计能力。

信号完整性（SI）和电源完整性（PI）知识体系中重要的知识点，以及经常导致设计失败的隐藏的风险点。围绕这些知识点，通过一个个案例逐步展开系统化设计方法的理念、思路和具体操作方法。通过一个完整的案例展示对整个单板进行系统化信号完整性设计的执行步骤和操作方法。 100条使信号完整性问题小化的通用设计原则；黑龙江信号完整性分析服务热线

什么是高速电路 高速电路信号完整性分析

在工作中经常会遇到有人问什么是高速电路，或者在设计高速电路的时候需要注意什么。每当遇到这种问题就头脑发懵，其实不同的产品、不同的人对其都有不同的理解。简单总结一下基本的一些概念包括对高速电路的理解、什么是信号完整性还有信号的带宽等。

高速电路的定义

本人从各种资料和书中看到许多关于高速电路的定义，可能不同的产品对于高速信号的定义不同，具体还要看设计的产品类型，简单整理主要有以下几种：

1.是指由于信号的高速变化使电路中的模拟特性，如导线的电感、电容等发生作用的电路。

2.信号工作频率超过50MHz，并且在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统相当的分量。 广西通信信号完整性分析信号完整性测试项目可以分为几大类；

信号完整性分析的传输线理论

传输线的定义

传输线可定义为传输电流的有信号回流的信号线，所以，电路板上的走线、同轴电缆、 双绞线等有信号回流的信号传输路径都可以看作传输线。前面我们说过，当信号互连的电路 尺寸接近信号中设计者所关心的比较高频率的波长时，互连线上不同位置的电压或电流的大小 与相位均可能不相同，需要用到分布式元件来考虑。

现代的智能手机、计算机、通信设备等电子产品都内含复杂的电路板，这些电路板上的走 线都可以认为是传输线，它们负责把各种芯片连接在一起，并相互进行通信，

从频域上看，判断是否是高速数字信号的准则不仅是信号的基础频率，还包括其高次 波影响。对数字电路而言，边沿的速率是直观的因素之一。在工程上可以认为当信号边沿 时间小于4?6倍的互连传输时延时，应考虑信号完整性的行为。

从时域信号波形来看，我们可以看到后面研究的传输线的特征阻抗、反射、串扰及 同步开关噪声等问题都是研究数字信号从0到1和从1到0跳变时的瞬态行为，其与边沿 速率相关。

这是一个2MHz时钟信号传输的电路，由3807时钟驱动器输出（D41）,经过一段电路 板走线（TL1）后接一个电阻（R113）,再经过一段电路板走线（TL2）连到接收端（D40）, 为什么3807的输出端要串联一个33。的电阻呢？

通过仿真我们可以看到没有这个电阻和有这个电阻接收到的信号的差别。

没有这个电阻时接收到的信号，如图1.8所示是有这个电阻时接收到的 信号。可以看到当没有这个电阻时信号有很大的过冲和振铃产生，串联了这个电阻后问题有 很大的好转。 信号完整性基本定义是指一个信号在电路中产生相应的能力。

时域数字信号转换得到的频域信号如果起来，则可以复现原来的时域信号。如图1?2 所示描绘了直流频率分量加上基频频率分量与直流频域分量加上基频和3倍频频率分量，以 及5倍频率分量成的时域信号之间的差别，我们可以看到不同频域分量的所造成的时域信号边沿的差别。频域里包含的频域分量越多，这些频域分量成的时域信号越接近 真实的数字信号，高频谐波分量主要影响信号边沿时间，低频的分量影响幅度。当然，如果 时域数字信号转变岀的一个个频率点的正弦波都叠加起来，则可以完全复现原来的时域 数字信号。其中复原信号的不连续点的震荡被称为吉布斯震荡现象。信号完整性分析概述；湖北解决方案信号完整性分析

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要想得到零边沿时间的理想方波，理论上是需要无穷大频率的频率分量。如果比较高只考 虑到某个频率点处的频率分量，则来出的时域波形边沿时间会蜕化，会使得边沿时间增大。

如，一个频率为500MHz的理想方波，其5次谐波分量是2500M,如果把5次谐波以 内所有分量成时域信号，贝U其边沿时间大概是0.35/2500M=0.14ns,即140ps。

我们可以把数字信号假设为一个时间轴上无穷的梯形波的周期信号，它的傅里叶变换。

对应于每个频率点的正弦波的幅度，我们可以勾勒出频谱包络线. 黑龙江信号完整性分析服务热线

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