SI信號完整性分析術(shù)語

1、SI信號完整性分析術(shù)語                                        1、什么是信號完整性（Singnal Integrity）？信號完整性（Singnal Integrity）

2、是指一個信號在電路中產(chǎn)生正確的相應(yīng)的能力。信號具有良好的信號完整性（Singnal Integrity）是指當(dāng)在需要的時候，具有所必須達(dá)到的電壓電平數(shù)值。主要的信號完整性問題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。常見信號完整性問題及解決方法： 問題 可能原因 解決方法 其他解決方法 過大的上沖 終端阻抗不匹配 終端端接 使用上升時間緩慢的驅(qū)動源 直流電壓電平不好 線上負(fù)載過大 以交流負(fù)載替換直流負(fù)載 在接收端端接，重新布線或檢查地平面 過大的串?dāng)_ 線間耦合過大 使用上升時間緩慢的發(fā)送驅(qū)動器 使用能提供更大驅(qū)動電流的驅(qū)動源 時延太大 傳輸線距離太長 替換或重新布線, 檢查串行端接頭 使用阻抗匹配的驅(qū)動源

3、, 變更布線策略 振蕩 阻抗不匹配 在發(fā)送端串接阻尼電阻 2、什么是串?dāng)_（crosstalk）？串?dāng)_（crosstalk）是指在兩個不同的電性能之間的相互作用。產(chǎn)生串?dāng)_（crosstalk）被稱為Aggressor，而另一個收到干擾的被稱為 Victim。通常，一個網(wǎng)絡(luò)既是Aggressor（入侵者），又是Victim（受害者）。振鈴和地彈都屬于信號完整性問題中單信號線的現(xiàn)象（伴有地平面回路），串?dāng)_則是由同一PCB板上的兩條信號線與地平面引起的，故也稱為三線系統(tǒng)。串?dāng)_是兩條信號線之間的耦合，信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲。容性耦合引發(fā)耦合電流，而感性耦合引發(fā)耦合電壓。PCB板層的參數(shù)、信

4、號線間距、驅(qū)動端和接收端的電氣特性及線端接方式對串?dāng)_都有一定的影響。3、什么是電磁兼容（EMI）？電磁干擾（Ectromagnetioc Interference），或者電磁兼容性（EMI），是從一個傳輸線（transmission line）（例如電纜、導(dǎo)線或封裝的管腳）得到的具有天線特性的結(jié)果。印制電路板、集成電路和許多電纜發(fā)射并影響電磁兼容性（EMI）的問題。FCC定義了對于一定的頻率的最大發(fā)射的水平（例如應(yīng)用于飛行控制器領(lǐng)域）。4、在時域（time domain）和頻域（frequency domain）之間又什么不同？時域（time domain）是一個波形的示波器觀察，它通常用于找

5、出管腳到管腳的延時（delays）、偏移（skew）、過沖（overshoot）、下沖（undershoot）以及設(shè)置時間（setting times）。頻域（frequency domain）是一個波形的頻譜分析議的觀察，它通常用于波形與頻譜分析議的觀察、它通常用于波形與FCC和其他EMI控制限制之間的比較。（有一個比喻，它就象收音機(jī)你在時域（time domain）中聽見，但是你要找到你喜歡的電臺是在頻域（frequency domain）內(nèi)。）5、什么是傳輸線（transmission line）？傳輸線（transmission line）是一個網(wǎng)絡(luò)（導(dǎo)線），并且它的電流返回的地和電源

6、。電路板上的導(dǎo)線具有電阻、電容和電感等電氣特性。在高頻電路設(shè)計中，電路板線路上的電容和電感會使導(dǎo)線等效于一條傳輸線。傳輸線是所有導(dǎo)體及其接地回路的總和。6、什么是阻抗（impedance）？阻抗（Impedance）是傳輸線（transmission line）上輸入電壓對輸入電流地比率值（Z0V/I）。當(dāng)一個源發(fā)出一個信號到線上，它將阻礙它驅(qū)動，直到2*TD時，源并沒有看到它地改變，在這里TD時線的延時（delay）。7、什么是反射（reflection）？反射（reflection）就是在傳輸線（transmission line）上回波（echo）。信號功率（電壓和電流）的一部分傳輸?shù)骄€

7、上并達(dá)到負(fù)載處，但是有一部分被反射（reflected）了。如果負(fù)載和線具有相同的（impedance），發(fā)射（Reflections）就不會發(fā)生了。如果負(fù)載阻抗小于源阻抗，反射電壓為負(fù)，反之，如果負(fù)載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。布線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會導(dǎo)致此類反射。8、什么是過沖（overshoot）？過沖（Overshoot）就是第一個峰值或谷值超過設(shè)定電壓對于上升沿是指最高電壓而對于下降沿是指最低電壓。下沖（Undershoot）是指下一個谷值或峰值。過分的過沖（overshoot）能夠引起保護(hù)二級管工作，導(dǎo)致過早地失效。9、什

8、么是下沖（undershoot）（ringback）？過沖（Overshoot）是第二個峰值或谷值超過設(shè)定電壓對于上升沿過度地谷值或?qū)τ谙陆笛靥蟮胤逯怠＿^分地下沖（undershoot）能夠引起假的時鐘或數(shù)據(jù)錯誤（誤操作）。10、什么是振蕩（ringing）？振蕩（ringing）就是在反復(fù)出現(xiàn)過沖（overshoots）和下沖（undershoots）。信號的振鈴（ringing）和環(huán)繞振蕩（rounding）由線上過度的電感和電容引起，振鈴屬于欠阻尼狀態(tài)而環(huán)繞振蕩屬于過阻尼狀態(tài)。信號完整性問題通常發(fā)生在周期信號中，如時鐘等，振蕩和環(huán)繞振蕩同反射一樣也是由多種因素引起的，振蕩可以通過適當(dāng)?shù)?/p>

9、端接予以減小，但是不可能完全消除。11、什么是設(shè)置時間（settling time）？設(shè)置時間（settling time）就是對于一個振蕩的信號穩(wěn)定到指定的最終值所需的時間。12、什么是管腳到管腳（pintopin）的延時（delay）管腳到管腳（pintopin）的延時（delay）是指在驅(qū)動器狀態(tài)的改變到接收器狀態(tài)的改變之間的時間。這些改變通常發(fā)生在給定電壓的50，最小延時發(fā)生在當(dāng)輸出第一個越過給定的閥值（threshold），最大延時發(fā)生在當(dāng)輸出最后一個越過電壓閥值（threshold），測量所有這些情況。13、什么是偏差（skew）？信號的偏移（skew）是對于同一個網(wǎng)絡(luò)到達(dá)不同的接

10、收器端之間的時間偏差。偏移（skew）還被用于在邏輯門上時鐘和數(shù)據(jù)達(dá)到的時間偏差。14、什么是斜率（slew rate）？Slew rate就是邊沿斜率（個信號的電壓有關(guān)的時間改變的比率）。I/O的技術(shù)規(guī)范（如PCI）狀態(tài)在兩個電壓之間，這就是斜率（slew rate），它是可以測量的。15、什么是靜態(tài)線（quiescent line）？在當(dāng)前的時鐘周期內(nèi)它不出現(xiàn)切換。另外也被稱為“stuckat”線或static線。串?dāng)_（crosstalk）能夠引起一個靜態(tài)線在時鐘周期內(nèi)出現(xiàn)切換。16、什么是假時鐘（false clocking）？假時鐘是指時鐘越過閥值（threshold）無意識的改變了狀

11、態(tài)（有時在VIL或VIH之間）。通常由過分的下沖（undershoot）或串?dāng)_（crostalk）引起。17、什么是IBIS？IBIS 是描述一個輸入/輸出（I/O）的EIA/ANSI標(biāo)準(zhǔn)。它包括DC（V/I）特性曲線，也包括瞬態(tài)（transient）（V/T）特性曲線 curves as tables of points。HyperLynx的網(wǎng)頁（Web site）上有連接到IBIS的主頁，另外還有許多供應(yīng)商的IBIS模型網(wǎng)頁。18、什么是IC 的高低電平切換門限？IC 的高低電平切換門限指的是信號從一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需的電壓值。當(dāng)發(fā)生阻尼現(xiàn)象時，信號電平可能會超過IC 輸入腳的切換

12、門限，從而將IC 輸入信號變?yōu)椴淮_定狀態(tài)，這會導(dǎo)致時鐘出錯或數(shù)據(jù)的錯誤接收。19、什么是地電平面反彈噪聲和回流噪聲?在電路中有大的電流涌動時會引起地平面反彈噪聲（簡稱為地彈），如大量芯片的輸出同時開啟時，將有一個較大的瞬態(tài)電流在芯片與板的電源平面流過，芯片封裝與電源平面的電感和電阻會引發(fā)電源噪聲，這樣會在真正的地平面（0V）上產(chǎn)生電壓的波動和變化，這個噪聲會影響其它元器件的動作。負(fù)載電容的增大、負(fù)載電阻的減小、地電感的增大、同時開關(guān)器件數(shù)目的增加均會導(dǎo)致地彈的增大。由于地電平面（包括電源和地）分割，例如地層被分割為數(shù)字地、模擬地、屏蔽地等，當(dāng)數(shù)字信號走到模擬地線區(qū)域時，就會產(chǎn)生地平面回流噪聲。

13、同樣電源層也可能會被分割為2.5V，3.3V，5V等。所以在多電壓PCB設(shè)計中，地電平面的反彈噪聲和回流噪聲需要特別關(guān)心。20、高頻電路的定義在數(shù)字電路中，是否是高頻電路取決于信號的上升沿和下降沿，而不是信號的頻率。F1/（Tr*），Tr為上升/下降延時時間，當(dāng)F>100MH他（Tr<3.183ns）時就應(yīng)該按照高頻電路進(jìn)行考慮，下列情況必須按照高頻規(guī)則進(jìn)行設(shè)計：l 系統(tǒng)時鐘超過50Hzl 采用了上升/下降時間少于5ns的器件l 數(shù)字/模擬混合電路高頻電路是取決于信號的上升沿和下降沿，而不是信號的頻率，但是不是Tr>100MHz時才考慮高頻規(guī)則進(jìn)行設(shè)計，還要看傳輸介質(zhì)而定。通

14、常約定如果線傳播延時大于1/2數(shù)字信號驅(qū)動端的上升時間，則認(rèn)為此類信號是高速信號并產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)。信號的傳遞發(fā)生在信號狀態(tài)改變的瞬間，如上升或下降時間。信號從驅(qū)動端到接收端經(jīng)過一段固定的時間，如果傳輸時間小于1/2的上升或下降時間，那么來自接收端的反射信號將在信號改變狀態(tài)之前到達(dá)驅(qū)動端。反之，反射信號將在信號改變狀態(tài)之后到達(dá)驅(qū)動端。如果反射信號很強(qiáng)，疊加的波形就有可能會改變邏輯狀態(tài)。21、什么是長線高速系統(tǒng)中的長線（Electrically Long Trace）定義可以從頻域和時域兩個角度來定義：1、頻域定義 當(dāng)線的物理長度和相應(yīng)頻率的波長具有可比性的時候（一般的說法是大于1/20波長），這

15、樣的trace就叫做Electrically Long Trace，或者transmission line（傳輸線）。 2、時域定義 當(dāng)信號線的傳輸延遲（propagation delay）大于1/4信號上升時間（rise time）的時候，該信號線就應(yīng)視為傳輸線。22、什么是微帶線和帶狀線1.微帶線 參考平面（reference plane）只有一個。有些朋友認(rèn)為微帶線就是位于PCB表層的傳輸線。這種看法不全面。設(shè)想一種情形：一個多層板的第一和第二層都是信號層，而第三層為地平面，那么在第一和第二層上的傳輸線都叫微帶線。位于第二層的微帶線也叫做掩埋式微帶線（embedded microstri

16、p）。微帶線的阻抗與它的線寬、頻率和它到參考平面的垂直距離有關(guān)。2.帶狀線 位于兩個參考平面之間，所以它有兩個參考平面，阻抗的計算公式與微帶線的也不一樣。當(dāng)然，帶狀線肯定是位于PCB的內(nèi)層。什么是EMC?EMC是Electro Magnetic Compatibility的縮寫，即電磁兼容。 順便說一句，我國CCC認(rèn)證標(biāo)志后帶EMC字母的才表示電磁兼容認(rèn)證 我們看電視的時候，如果旁邊有人使用電吹風(fēng)或電剃須刀之類的家用電器，屏幕上會出現(xiàn)令人煩感的雪花條紋。電飯鍋煮不熟米飯，明明關(guān)閉了的空調(diào)器，過一會卻又自己啟動這些都是常見到的電磁干擾現(xiàn)象。更為嚴(yán)重的是，如果電磁干擾信號妨礙了正在監(jiān)視病情的醫(yī)療電子設(shè)備或正在飛行的飛機(jī)時，則會造成不堪設(shè)想的后果。 電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力