数字信号高速信号传输眼图测试

 高速信号传输技术的简单性

对于大多数电子设计工程师，高速信号传输技术，即SI、PI和EMC真的很难、很复杂吗？事实并非如此。对于大多数电子设计工程师来讲，掌握关于电磁兼容、信号完整性和电源完整性一般性的原理、概念和技术，就可以很好地从事研发工作了，深入掌握这些技能则是专业工程师的事。在这个意义上来说，掌握SI、PI和EMC相关技术是很容易的事情。

掌握一般性的原理、概念和技术为什么容易呢？对于大多数电子设计工程师，只需掌握以下这些知识。
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2.1.5高速信号传输的界定

高速信号可以定义为：需要对其传输线进行设计，以确保在传输过程中其波形失真度可以接受的那些信号。界定高速信号传输的依据有以下两条。

①对于模拟信号，所有模拟信号传输都应该看作高速信号传输，因为模拟信号传输一般要求传输过程中具有很小的波形失真度。

②对于数字信号，通过分析，若设计该数字信号传输线时需要考虑阻抗才能保证信号传输到目的处的失真度可接受，则这种情况下的数字信号就是高速信号。其原因在于：对应某个数字信号，如果其传输线设计不当而在某些位置出现阻抗突变，则信号在此处会发生反射，反射的信号向着与信号传输方向相反的方向传输，若再遇到阻抗突变处，则再次反射，与刚好传到此处的信号S进行叠加，此叠加的信号沿信号传输方向传输，到达信号采集处，影响采集器对S信号的判断。若其可能产生的信号反射叠加在后续的信号上，则会影响后续信号接收的正确性。

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高速信号传输

串扰分析

由于频率的提高，传输线之间的串扰明显增大，对信号完整性也有很大的影响，可以通过仿真来预测、模拟，并采取措施加以改善。以CMOS信号为例建立仿真模型，如图6所示。在仿真时设置干扰信号的频率为66MHz的方波，扰者设置为零电平输入，通过调整两根线的间距和两线之间平行走线的长度来观察扰者接收端的波形。仿真结果如图7，分别为间距是203.2mm、406。4mm时的波形。

从仿真结果看出，两线间距为406.4mm时，串扰电平为200mV左右，203.2mm时为500mV左右。可见两线之间的间距越小串扰越大，所以在实际高速PCB布线时应尽量拉大传输线间距或在两线之间加地线来隔离。

阻抗匹配高速数字信号的阻抗匹配非常关键，如果匹配不好，信号会产生较大的上冲和下冲现象，如果幅度超过了数字信号的阈值，就会产生误码。阻抗匹配有串行端接和并行端接两种，由于串行端接功耗低并且端接方便，实际工作中一般采用串行端接。以下利用Hyperlynx仿真工具对端接电阻的影响进行了分析。以74系列建立仿真IBIS模型如图1所示。仿真时选择一个发送端一个接收端，传输线为带状线，设置线宽0.2mm和介电常数为4.5(常用的FR4材料)，使传输线的阻抗为51.7Ω。设置信号频率为50MHz的方波，串行端接电阻Rs分别取0Ω、33Ω和100Ω的情况，进行仿真分析，高速信号的界定标准；

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原因在于：对应某个数字信号，如果其传输线设计不当而在某些位置出现阻抗突变，则信号在此处会发生反射，反射的信号向着与信号传输方向相反的方向传输，若再遇到阻抗突变，会再次发生反射，信号与反射信号叠加在信号采集处，会影响采集器对信号的判断。由天线原理可知，如果反射点恰好处于信号某个有效谐波波长的1/4处，则在该段传输线上任意位置入射信号和反射信号的相位相同，电流方向相反，信号幅值叠加，该段传输线构成射频发射天线。因此，一般情况下，如果其传输线长度大于该数字信号有效比较高谐波（一般为基频的3~5倍）波长的1/4时，该数字信号相对该传输线就是高速信号。 高速信号传输的界定高速信号可以定义为；数字信号高速信号传输眼图测试

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若要信号发送器和信号接收器正常工作，只需为它们提供完好的电源供给；若要信号传输过程中无失真或有可以允许的失真，则需要信号传输通道通畅（即后面所讲的传输线的特征阻抗具有相对的一致性）；若信号在传输过程中无干扰或有可以容许的干扰，则需要对信号传输通道提供电磁屏蔽。

以上三个方面的技术分别涉及电源完整性、信号完整性和电磁兼容性技术。低速信号和高速信号传输对于信号传输通道有着不同的要求，就像普通火车和高速火车要求不同等级和质量的铁路、车站和环境一样，高速信号的传输必然要求更高等级和更高质量的信号传输线、供电系统和电磁屏蔽环境，以确保高速信号在发送端、传输路径和接收端的波形失真度方面在可控范围内，从而实现高速信号的正确发送、传输、接收和解码。 数字信号高速信号传输眼图测试

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