PCB的信号完整性问题主要包括信号反射、串扰、信号延迟和时序错误。
1、反射信号在传输线上传输时,当高速PCB上传输线的特征阻抗与信号的源端阻抗或负载阻抗不匹配时,信号会发生反射,使信号波形出现过冲、下冲和由此导致的振铃现象。过冲(Overshoot)是指信号跳变的个峰值(或谷值),它是在电源电平之上或参考地电平之下的额外电压效应;下冲(Undershoot)是指信号跳变的下一个谷值(或峰值)。过大的过冲电压经常长期性地冲击会造成器件的损坏,下冲会降低噪声容限,振铃增加了信号稳定所需要的时间,从而影响到系统时序。
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信号完整性(SignalIntegrity,SI)是指信号在信号线上的质量,即信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收器,则可确定该电路具有较好的信号完整性。反之,当信号不能正常响应时,就出现了信号完整性问题。
随着高速器件的使用和高速数字系统设计越来越多,系统数据率、时钟速率和电路密集度都在不断地增加。在这种设计中,系统快斜率瞬变和工作频率很高,电缆、互连、印制板(PCB)和硅片将表现出与低速设计截然不同的行为,即出现信号完整性问题。
信号完整性问题能导致或者直接带来诸如信号失真,定时错误,不正确的数据,地址、控制线和系统误差等,甚至使系统崩溃,这已成为高速产品设计中非常值得注意的问题。本文首先介绍了PCB信号完整性的问题,其次阐述了PCB信号完整性的步骤,介绍了如何确保PCB设计信号完整性的方法。 眼图测试信号完整性分析系列信号完整性分析概述;

比如,在现在常见的高速串行传输链路中,几个吉赫兹(GHz)以上的信号在电路板上 的走线传输,由于本质上电路板上传输线的损耗是随着频率的升高而增大的(在后面的传输 线部分及S参数部分都会有介绍),使得高频分量的损耗大于低频分量的损耗,在接收端收 到的各个频率分量不是原来的样子,使得这些频率分量起来的数字时域信号产生畸变。 所以,在高速串行传输中,会釆用一些信号处理的方法来补偿高频分量比低频分量传输时损 耗大的问题。比如去加重(在发送时人为降低低频分量)和预加重(在发送时人为提高高频 分量)。
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。 克劳德高速数字信号测试实验室信号完整性的测试方法、系统、装置及设备与流程;

2、串扰在PCB中,串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁能量通过互容和互感耦合对相邻的传输线产生的不期望的噪声干扰,它是由不同结构引起的电磁场在同一区域里的相互作用而产生的。互容引发耦合电流,称为容性串扰;而互感引发耦合电压,称为感性串扰。在PCB上,串扰与走线长度、信号线间距,以及参考地平面的状况等有关。
3、信号延迟和时序错误信号在PCB的导线上以有限的速度传输,信号从驱动端发出到达接收端,其间存在一个传输延迟。过多的信号延迟或者信号延迟不匹配可能导致时序错误和逻辑器件功能混乱。信号完整性分析的高速数字系统设计分析不仅能够有效地提高产品的性能,而且可以缩短产品开发周期,降低开发成本。在数字系统向高速、高密度方向发展的情况下,掌握这一设计利器己十分迫切和必要。在信号完整性分析的模型及计算分析算法的不断完善和提高上,利用信号完整性进行计算机设计与分析的数字系统设计方法将会得到很、很的应用。 提供信号完整性测试软件解决方案;USB测试信号完整性分析市场价
什么时候需要考虑信号完整性问题呢?USB测试信号完整性分析市场价
边沿时间会影响信号达到翻转门限电平的时间,并决定信号的带宽。
信号之间的偏移(Skew),指一组信号之间的时间偏差,主要是由于在信号之间传输路 径的延时(传输延迟)不同及一组信号的负载不同,以及信号的干扰(串扰)或者同步开关 噪声所造成信号上升下降时间(Rising and Falling Time)的变化等引起的在分析源同步信号时序时需要考虑信号之间的偏移,比如一组DDR数据走线和数据釆样时钟 之间的传输时延的偏差。
有效高低电平时间(High and Low Times),指信号保证为高或低电平有效的时间,如图 1-15所示。在分析信号时序时必须保证在接收端的数据/地址信号的有效高低电平时间能够满 足接收器件时钟信号判决所需要的建立保持时间的时序要求。 USB测试信号完整性分析市场价
信号完整性测试方法: -时域测试:观察信号在时间轴上的波形,分析信号的上升时间、下降时间、瞬态响应等参数,评估信号是否存在失真。 -频域测试:通过对信号进行傅里叶变换,将信号从时域转换到频域,分析信号的功率谱密度、带宽等参数,评估信号在传输路径中存在的滤波和截止频率等问题。 -时钟测试:通过观察时钟信号在传输路径中的形状和时间差异,分析时钟信号的完整性,评估时钟信号是否存在抖动和时钟漂移等问题。 克劳德高速数字信号测试实验室 克劳德高速数字信号测试实验室信号完整性使用示波器进行波形测试;PCI-E测试信号完整性分析PCI-E测试 传输线理论基础与特征阻抗 传...