信號完整性需要研究的問題

ID:102668 · 發(fā)表于 2016-1-11 20:40

廣義上來說，信號完整性是高速產(chǎn)品中，由互連線、電源及器件引起的信號質(zhì)量及延時等所有問題。它主要研究互聯(lián)線與數(shù)字信號的電壓電流波形相互作用時其電氣特性參數(shù)如何影響產(chǎn)品性能。

所有問題分為以下三種影響和后果：
1、時序；2、噪聲；3、電磁干擾（EMI）

信號完整性所相關(guān)術(shù)語：
1、信號完整性（SI）：信號完整性是指信號在傳輸路徑上的質(zhì)量，它表示信號質(zhì)量和信號傳輸后仍保持正確的功能特性。信號具有良好的信號完整性是指當在需要的時候，具有所必須達到的電壓電平數(shù)值。

2、信號完整性設計：信號完整性設計是指在電子產(chǎn)品設計中通過一些方法和措施來保證傳輸信號具有良好的信號完整性。信號完整性設計并不是以犧牲系統(tǒng)性能為代價的，設計的原則是保證系統(tǒng)性能能夠滿足要求的前提下最大程度地保證信號完整性，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3、傳輸線：傳輸線是一個網(wǎng)絡（導線），并且它的電流返回到地或電源。

4、特性阻抗：特性阻抗是反映傳輸線特性的恒定瞬態(tài)阻抗，組成信號傳輸回路的兩個導體之間存在分布電感和電容，當信號沿該導體傳輸時，信號的躍變電壓（V）和躍變電流（I）的比值成為特性阻抗Z0 。

5、反射：由于阻抗不匹配而造成的信號能量的不完全吸收。

6、過沖/下沖：過沖是指接受信號的第一個峰值或谷值超過設定電壓，對于上升沿是指第一個峰值超過最高電壓，對于下降沿是指第一個谷值超過最低電壓，而下沖指的是第二個谷值和峰值。

7、振蕩：在一個周期中反復出現(xiàn)的過沖和下沖，我們就稱之為振蕩。振蕩根據(jù)表現(xiàn)形式可分為振鈴和環(huán)繞振蕩，振鈴為欠阻尼振蕩，而環(huán)繞振蕩為過阻尼振蕩。

8、串擾：是指信號在傳輸線上傳播時，因電磁耦合對相鄰的傳輸線產(chǎn)生的不期望的電壓噪聲干擾，這種干擾是由于傳輸線之間的互感和互容引起的。

9、電源完整性：電路系統(tǒng)電源和地的質(zhì)量。

10、上升/下降時間：信號從低電平跳變?yōu)楦唠娖交蚋唠娖教兊降碗娖剿枰臅r間，通常是量度上升/下降沿在10%~90%電壓幅值之間的持續(xù)時間，記為Tr。

11、傳播延遲：指信號在傳輸線上的傳輸延時，與線長和信號傳播速度有關(guān)，記為Tpd。

12、微帶線：指只有一邊存在參考面的傳輸線。

13、帶狀線：指兩邊都有參考平面的傳輸線。

14、同步開關(guān)噪聲：指當器件上一定數(shù)量輸出驅(qū)動電路同時處于開關(guān)狀態(tài)，產(chǎn)生瞬變的電流經(jīng)過回流途徑上存在的電感時，形成交流壓降，從而引起噪聲，簡稱SSN。

15、地彈：指由于封裝電感而引起地平面的波動，造成芯片地和系統(tǒng)地不一致的現(xiàn)象。同樣，如果是由于封裝電感引起的芯片和系統(tǒng)電源差異，就稱為電源反彈。

16、樁線：在傳輸線中常常加上分支使信號到達多個輸出端，如果分支很短，就稱為樁線。

17、軌道塌陷：變化的電流經(jīng)過電源分配系統(tǒng)（PDS）互連線的阻抗時會引起電壓降，稱之為軌道塌陷。

18、差分對模態(tài)：沿差分對無失真?zhèn)鞑サ男盘栯妷耗Ｊ綄瞬罘謱Ρ患せ畹膬煞N特殊狀態(tài)——奇模和偶模。激勵奇模和偶模的電壓模式分別對應于兩線間加相反和相同的電壓。

19、共模阻抗：共模阻抗是每根信號線特性阻抗的并聯(lián)，即為兩個偶模阻抗的并聯(lián)。

20、偶模阻抗：共模信號使差分對處于偶模狀態(tài)，當傳輸線上傳輸共模信號時，此時每根信號線的特性阻抗被稱為偶模特性阻抗，簡稱偶模阻抗。當差分對耦合越大時，偶模阻抗會增大。

所有信號完整性引起的效應都與下面四種問題的一個相關(guān)：
1)、單一網(wǎng)絡的信號完整性問題——傳輸線的反射
2)、兩個或多個網(wǎng)絡之間的信號完整性問題——傳輸線的串擾
3)、電源和地分配中的軌道塌陷——電源完整性
4)、來自于整個系統(tǒng)的電磁干擾和輻射——EMI

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