第8章信号完整性分析

1.信号完整性：PCB走线中途容性负载反射很多时候，PCB走线中途会经过过孔、测试点焊盘、短的stub线等，都存在寄生电容，必然对信号造成影响。

走线中途的电容对信号的影响要从发射端和接受端两个方面分析，对起点和终点都有影响。

首先按看一下对信号发射端的影响。

当一个快速上升的阶跃信号到达电容时，电容快速充电，充电电流和信号电压上升快慢有关，充电电流公式为：I=C*dV/dt。

电容量越大，充电电流越大，信号上升时间越快，dt越小，同样使充电电流越大。

我们知道，信号的反射与信号感受到的阻抗变化有关，因此为了分析，我们看一下，电容引起的阻抗变化。

在电容开始充电的初期，阻抗表示为：这里dV实际上是阶跃信号电压变化，dt为信号上升时间，电容阻抗公式变为：从这个公式中，我们可以得到一个很重要的信息，当阶跃信号施加到电容两端的初期，电容的阻抗与信号上升时间和本身的电容量有关。

通常在电容充电初期，阻抗很小，小于走线的特性阻抗。

信号在电容处发生负反射，这个负电压信号和原信号叠加，使得发射端的信号产生下冲，引起发射端信号的非单调性。

对于接收端，信号到达接收端后，发生正反射，反射回来的信号到达电容位置，那个样发生负反射，反射回接收端的负反射电压同样使接收端信号产生下冲。

转载请注明出处：。

为了使反射噪声小于电压摆幅的5%（这种情况对信号影响可以容忍），阻抗变化必须小于10%。

那么电容阻抗应该控制在多少？电容的阻抗表现为一个并联阻抗，我们可以用并联阻抗公式和反射系数公式来确定它的范围。

对于这种并联阻抗，我们希望电容阻抗越大越好。

假设电容阻抗是PCB走线特性阻抗的k 倍，根据并联阻抗公式得到电容处信号感受到的阻抗为：阻抗变化率为：，即，也就是说，根据这种理想的计算，电容的阻抗至少要是PCB特性阻抗的9倍以上。

实际上，随着电容的充电，电容的阻抗不断增加，并不是一直保持最低阻抗，另外，每一个器件还会有寄生电感，使阻抗增加。

因此这个9倍限制可以放宽。

人们关注信号完整性问题，该问题源于奇怪的设计失败。

当时，美国硅谷一家著名的图像检测系统制造商早在七年前就成功设计，制造并投放市场，但是最近在生产线上下架的产品存在问题，并且新产品无法正常工作。

这是20MHz的系统设计，似乎没有必要考虑高速设计问题。

使产品设计工程师感到困惑的是，新产品没有任何设计修改，甚至采用的组件模型也与原始设计的要求一致。

唯一的区别是IC制造技术的进步。

新的设备技术使每个新生产的芯片都成为高速设备，而这些高速设备的应用中的信号完整性问题导致系统故障。

随着集成电路（IC）开关速度的提高，信号的上升和下降时间迅速缩短。

无论信号频率如何，该系统都将成为高速系统，并且将出现各种信号完整性问题。

在高速PCB系统的设计中，信号完整性问题主要体现为：工作频率的提高和信号上升/下降时间的缩短会减小系统的时序裕度，甚至引起时序问题。

传输线效应导致传输过程中的噪声容忍度，单调性甚至逻辑错误。

信号之间的串扰随着信号边缘时间的减少而增加。

并且，当信号边缘时间接近0.5ns或更小时，电源系统的稳定性降低并且发生电磁干扰。

信号完整性的含义信号完整性（简称SI）是指信号从驱动端沿传输线到达接收端后的波形完整性。

也就是说，信号在电路中以正确的时序和电压响应的能力。

如果电路中的信号能够以所需的时序，持续时间和电压幅度到达IC，则电路具有更好的信号完整性。

相反，当信号无法正常响应时，就会出现信号完整性问题。

广义上，信号完整性问题是指高速产品中互连线引起的所有问题，主要表现在五个方面：（1）延误。

延迟是指当信号以有限的速度在PCB导体上传输时，从驱动端到接收端的传输延迟。

信号延迟将影响系统的时序。

在高速PCB设计中，传输延迟主要取决于导体的长度和导体周围介质的介电常数。

（2）反思。

当传输线的特征阻抗与负载阻抗不匹配时，一部分能量将在信号到达接收端后沿传输线反射回去，从而导致信号波形失真，甚至导致信号过冲和下冲。

如果信号在传输线上来回反射，则会发生振铃和周围振荡。

电子设计中的信号完整性分析在电子设计过程中，信号完整性分析是非常重要的一部分。

信号完整性是指在信号传输过程中保持信号的准确性、稳定性和可靠性，确保信号不会失真或受到干扰。

在现代高速电子设备和系统中，信号完整性分析变得尤为关键，因为高速信号传输会受到许多因素的影响，如信号衰减、延迟、串扰和反射等问题。

信号完整性分析最常见的方法之一是使用传输线理论。

在高速信号传输中，信号被视为在传输线上传输的电磁波，传输线上的阻抗、衰减、延迟等参数都会影响信号的传输质量。

因此，通过对传输线的参数进行建模和仿真，可以帮助设计工程师分析和优化信号的传输性能。

另外，时域分析和频域分析也是信号完整性分析的重要工具。

时域分析可以用来研究信号在时间轴上的波形变化，包括上升时间、下降时间、峰值电压等参数；而频域分析则可以用来研究信号在频率域上的频谱信息，包括频率响应、谐波失真等参数。

通过时域分析和频域分析，设计工程师可以更全面地了解信号的特性和传输过程中可能出现的问题。

除了传输线建模和时频域分析，设计工程师还可以通过仿真软件进行信号完整性分析。

仿真软件可以模拟不同信号在设计电路中的传输过程，帮助工程师快速找出潜在的问题并优化设计方案。

通过仿真软件，设计工程师可以对不同参数进行调整，如传输线长度、阻抗匹配、信号的波形和频谱，以达到最佳的信号完整性。

此外，设计工程师在进行信号完整性分析时还需要考虑一些其他因素，如接地设计、功率分配、EMI（电磁干扰）和ESD（静电放电）等。

这些因素都可能会对信号的传输过程造成影响，设计工程师需要综合考虑这些因素，以保证信号的可靠传输和稳定性。

总的来说，在电子设计中的信号完整性分析是保证高速电子系统可靠性和稳定性的关键步骤。

通过传输线建模、时频域分析、仿真软件以及综合考虑其他因素，设计工程师可以找出潜在的问题并优化设计方案，确保信号的准确传输和稳定性，从而提高电子系统的性能和可靠性。

通过不断学习和应用信号完整性分析的方法，设计工程师可以更好地应对日益复杂的电子系统设计挑战，推动电子科技的发展。

信号完整性是指在信号线上的信号质量。

当电路中信号能以要求的时序和电压幅度到达接收端时，该电路就有很好的信号完整性；当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题。

板级信号完整性主要表现为延迟、反射、串扰、同步切换噪声、过冲和下冲、地弹、振铃和EMI(Electro Magnetic Interference)即电磁干扰等几方面。

延迟是指信号在PCB板上以有限的速度传输，信号从发送端发出到达接收端，其间存在一个传输延迟。

信号的延迟会对系统的时序产生影响，过长的延迟可导致时序混乱，由于本系统采用多块电路板级联结构设计，信号在单块PCB上的延时可以忽略，但在板级间通过接插件的传输，尤其是顶层板到底层板的信号传输，需要通过中间两块板，信号的走线路程相对很长，时间的延迟不可忽略。

为此，系统选用性能良好尤其电气特性良好的接插件，同时考虑关键控制信号要尽可能减少传输路程，布局布线时优先考虑。

反射是在传输线上的回波，信号经过传输线将一部分功率传给负载的同时，由于阻抗不匹配，有一部分能量反射回源端。

如果阻抗匹配（源端阻抗、传输线阻抗与负载阻抗相等），信号全部传给负载，反射不会发生。

减小和消除反射的方法是根据传输线的特性阻抗在其发送端或接收端进行终端阻抗匹配，从而使源反射系数或负载反射系数为零。

具体做法是在靠近源端的地方串联进去一几十欧姆的电阻，该方法简单有效，消耗功率小。

串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻的传输线产生不期望的电压噪声干扰。

过大的串扰可能引发电路的误触发，导致系统无法正常工作。

串扰是由电磁耦合形成的，根据容性耦合和感性耦合的不同，产生的干扰有互容串扰和互感串扰。

互容串扰是信号线间的容性耦合，当信号线在一定长度上靠得比较近的时候就会发生，客服的方法有两种，适当减少两根走线间的并行距离和在两根走线间穿插地线。

互感串扰是由布线时产生的环路引起的，克服的办法是在布线时避免环路的出现。

信号完整性分析范文信号完整性分析（Signal Integrity Analysis）是指对数字电路、高速信号传输、功耗分布等进行综合考虑的电路设计步骤。

在现代电路设计中，信号完整性的问题日益凸显，尤其是在高速通信和高性能计算中的应用。

信号完整性分析的目的是要确保信号在传输过程中能够保持原有的质量，不受噪声、时钟偏移、时序失真等问题的影响。

信号完整性分析是一个复杂的过程，它涉及到多个方面的考虑和分析。

首先，需要考虑信号的传输线特性。

在高速设计中，传输线会产生反射、衰减和串扰等问题。

因此，必须对传输线的阻抗匹配、终端匹配和信号层次分割等进行精确计算和模拟，以确保传输线上的信号质量达到要求。

其次，信号完整性分析还需要考虑时钟偏移和时序失真等问题。

时钟偏移是指信号的时钟源和接收器之间存在的时间差异，会导致信号的采样时机发生偏移，进而影响到信号的稳定性和可靠性。

时序失真是指信号在传输过程中，由于信号传播速度的有限性而导致的时序错位和失真问题。

这些问题都需要通过精确的电路模拟和时序仿真来进行分析。

此外，信号完整性分析还需要考虑功耗分布和电磁干扰等问题。

功耗分布是指电路中各个模块和子电路的功率分布情况，对功耗密度的分析能够帮助设计师优化电路结构和提高效能。

而电磁干扰是指信号传输过程中由于电磁场的相互作用而产生的干扰问题，需要通过电磁模拟和电磁兼容性分析来解决。

面对复杂的信号完整性问题，现代电路设计通常采用一系列的设计和验证流程来确保信号的完整性。

首先，对电路进行设计规范和约束的制定，包括信号的最大频率、时序要求、电压幅度等。

然后，在设计阶段对电路进行仿真和分析，利用电磁场分析、传输线模型、时钟源校准等手段对信号的完整性进行评估。

最后，在芯片或电路板的制造和调试阶段，需要进行物理测量和分析，对实际的电路性能进行验证。

综上所述，信号完整性分析是现代电路设计中不可或缺的一环。

它不仅需要考虑传输线特性、时序失真等问题，还需要关注功耗分布和电磁干扰等方面的因素。

信号完整性分析信号完整性分析是一种信号传输效率的重要部分，尤其是在网络技术发展快速的今天，它越来越受到重视。

信号完整性分析是研究电气、电子、光学、磁学信号完整性状态的过程，可以帮助分辨信号的有效和无效，提高数据传输的可靠性，帮助解决科技发展中存在的一些技术问题。

信号完整性分析通常包括对信号传输效率的质量检测、时延检测和比特误码率检测三种检测项目。

首先，在信号传输效率的质量检测中，一般是检查传输信号的模拟量，电源和电场的强度等，以及收发端的工作状态等，其检测结果可以直接反映出信号传输效率的水平。

其次，在时延检测项目中，通常是检查收发端传输信号之间的时间差和时间关系，以及数据传输周期，其检测结果可以反映出网络中信号传输的延迟情况。

最后，在比特误码率检测项目中，一般是检查网络数据传输中比特误码率的情况，其检测结果可以反映出网络数据传输的质量情况，并帮助提高数据传输的可靠性。

为了实现信号完整性分析，一般常用的技术手段有时域反射技术、频域反射技术和时频域反射技术等。

时域反射技术是以时域为特征参数，使用特定的精密仪器测量信号传输状态，以判断电线是否损坏，其优点是可以在短信号情况下，迅速准确地判断出当前的信号状态，而且安全、快捷、经济。

频域反射技术是以频域为特征参数，使用专业的检测仪器，根据传输信号的频率和幅度，对网络的信号完整性进行检测，其优点是可以检测出高频信号的变化，并且可以迅速地检出信号是否受到破坏。

时频域反射技术是利用时间和频率域上的改变，以及信号传输过程中的调制参数等，进行信号完整性检测，其优点是能够在路径衰减和多径效应影响较大的情况下，也能获得准确的检测结果。

信号完整性分析在网络技术发展中，起到了重要的作用，它不仅有助于提高数据传输的稳定性和可靠性，而且可以帮助解决传输中的一些暂时性问题，让信号传输更加顺畅。

然而，在信号完整性分析领域，也存在一些需要完善的地方。

例如，由于信号的传输深度、速度等因素的影响，仍存在比特误码率较高的情况；此外，也存在着传输过程中存在延时的情况，因此，在信号完整性分析方面仍需要持续改进和完善技术。

信号完整性分析信号完整性分析是电路和系统设计中的一个重要方面，它是一种检测电路的可靠性的手段，可以帮助设计者发现潜在的问题，并在设计过程中提出优化建议。

信号完整性分析可以帮助确定信号的完整性，以及信号在整个电路和系统中是否能够按照设计要求传输。

信号完整性分析是一种新兴的分析技术，它可以在电路或系统设计中进行准确定量测量分析，以识别导致信号完整性问题的潜在因素。

在这种分析中，将占用电路元件名称、电特性、信号完整性参数等形成数据库，以预测整体系统的信号完整性。

信号完整性分析的主要内容包括信号传输，电源稳定性，系统集成和信号干扰。

在信号传输方面，主要考虑信号路径中阻抗不匹配、过载、相位差和调制等问题；电源稳定性方面，要考虑电路稳定性、电源类型和电压噪声等；系统集成方面，考虑的是两个系统的连接以及多种子系统之间的兼容性；信号干扰方面，要考虑的是环境中的干扰和其他系统的干扰。

有一些软件可用于对信号完整性进行分析，这些软件可以从电路参数和设计要求出发，根据用户定义的模型进行分析，从而决定电路是否能够满足信号完整性要求。

此外，信号完整性分析可以用于验证复杂系统的功能，确保系统符合设计要求。

它还可以用于设计高性能、低噪声的高精度性能电路，以及确定可靠性要求。

信号完整性分析是一项先进的数字设计技术，它可以帮助电路设计者们发现潜在的问题，分析信号传输过程中所发生的可能问题，从而为设计提供有效的指导。

它能够有助于提升电路设计的性能，帮助设计者更好地为用户提供优质的产品，从而提升市场竞争力。

因此，信号完整性分析是电路和系统设计中不可或缺的一部分，它可以有效帮助电路设计者识别可能存在的问题，并在设计过程中提供有效的指导，从而确保电路和系统能够满足用户的要求。

信号完整性分析信号完整性分析是一项重要的工程学领域，它涉及到信号传输的可靠性和准确性。

在信息传递的过程中，信号会受到各种干扰和衰减，因此确保信号的完整性对于正确地接收和解读信息至关重要。

本文将介绍信号完整性分析的基本概念、方法和应用。

信号完整性分析是一种通过模拟和仿真来评估信号传输过程中所遇到的问题和挑战的方法。

在进行信号完整性分析时，通常需要考虑传输线路的特性、干扰源、噪声和电磁兼容性等因素。

通过对这些因素进行建模和分析，可以预测信号的衰减、失真和延迟，进而优化信号传输系统的设计。

信号完整性分析的基本方法之一是建立传输线路的数学模型。

传输线路可以是电线、导线、电缆或光纤等，而其特性包括传输速度、电阻、电感和电容等。

通过将这些特性纳入传输线路模型，可以计算得到信号在传输过程中的衰减和失真情况。

另一种常用的信号完整性分析方法是时域和频域分析。

时域分析关注信号在时间轴上的变化情况，可用于研究信号的波形、幅度和时延等特性。

频域分析将信号转换为频率域，利用傅里叶变换等工具可以获取信号的频谱分布和频率响应等信息。

通过时域和频域分析，可以全面了解信号的特性，从而优化信号传输系统的设计和调整。

信号完整性分析在通信、电子、计算机和电路设计等领域都有广泛的应用。

在高速传输系统中，如高速网络、数据中心和处理器之间的连接，信号完整性分析能够帮助设计人员解决信号衰减、串扰和时钟抖动等问题，确保高频信号的准确传输。

在电子设备设计中，信号完整性分析可以评估电路板布局和信号线路的设计，提前发现信号干扰和时延问题，并进行相应的优化。

随着智能电子产品的发展和应用场景的增多，对于信号完整性分析的需求也越来越高。

例如，手机和平板电脑等移动设备需要在有限的传输资源下实现高速数据传输，而车载电子系统需要能够稳定传输大量的音视频数据。

在这些应用中，信号完整性分析为保证数据传输的稳定性和准确性提供了必要的技术支持。

总之，信号完整性分析在现代通信和电子领域中具有重要的地位和作用。

篇一：信号完整性分析--信号反射信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。

对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号所感受到的只有阻抗。

如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，不论是什么引起的（可能是中途遇到的电阻，电容，电感，过孔，PCB转角，接插件），信号都会发生反射。

那么有多少被反射回传输线的起点？衡量信号反射量的重要指标是反射系数，表示反射电压和原传输信号电压的比值。

反射系数定义为：ρ= Z2Z1。

其中：Z1为变化前的阻 Z2Z1抗，Z2为变化后的阻抗。

假设PCB线条的特性阻抗为50欧姆，传输过程中遇到一个100欧姆的贴片电阻，暂时不考虑寄生电容电感的影响，把电阻看成理想的纯电阻，那么反射系数为：ρ=100501，信号有1/3被反射回源端。

如果传输信号的电压是3.3V电压，100503反射电压就是1.1V。

纯电阻性负载的反射是研究反射现象的基础，阻性负载的变化无非是以下四种情况：阻抗增加有限值、减小有限值、开路（阻抗变为无穷大）、短路（阻抗突然变为0）。

阻抗增加有限值：反射电压上面的例子已经计算过了。

这时，信号反射点处就会有两个电压成分，一部分是从源端传来的3.3V电压，另一部分是在反射电压1.1V，那么反射点处的电压为二者之和，即4.4V。

阻抗减小有限值：仍按上面的例子，PCB线条的特性阻抗为50欧姆，如果遇到的电阻是30欧姆，则反射系数为ρ=3050=-0.25，反射电压为3.3*（-0.25）V= -0.825V。

此时反射点电压为3.3V+3050（-0.825V）=2.475V。

开路：开路相当于阻抗无穷大，反射系数按公式计算为1。

即反射电压3.3V。

反射点处电压为6.6V。

可见，在这种极端情况下，反射点处电压翻倍了。

短路：短路时阻抗为0，电压一定为0。

按公式计算反射系数为-1，说明反射电压为-3.3V，因此反射点电压为0。

《信号完整性分析》作者以实践专家的视角提出了造成信号完整性问题的根源，特别给出了在设计前期阶段的问题解决方案。

这是面向电子工业界的设计工程师和产品负责人的一本具有实用价值的参考书，其目的在于帮助他们在信号完整性问题出现之前能提前发现并及早加以解决，同时也可作为相关专业本科生及研究生的教学指导用书。

《信号完整性分析》全面论述了信号完整性问题。

主要讲述了信号完整性和物理设计概论，带宽、电感和特性阻抗的实质含义，电阻、电容、电感和阻抗的相关分析，解决信号完整性问题的四个实用技术手段，物理互连设计对信号完整性的影响，数学推导背后隐藏的解决方案，以及改进信号完整性推荐的设计准则等。

该书与其他大多数同类书籍相比更强调直观理解、实用工具和工程实践。

它以入门式的切入方式，使得读者很容易认识到物理互连影响电气性能的实质，从而可以尽快掌握信号完整性设计技术。

信号完整性与电源完整性分析信号完整性(SI)和电源完整性(PI)是两种不同但领域相关的分析，涉及数字电路正确操作。

在信号完整性中，重点是确保传输的1在接收器中看起来就像1(对0同样如此)。

在电源完整性中，重点是确保为驱动器和接收器提供足够的电流以发送和接收1和0。

因此，电源完整性可能会被认为是信号完整性的一个组成部分。

实际上，它们都是关于数字电路正确模拟操作的分析。

分析的必要性如果计算资源是无限的，这些不同类型的分析可能不存在。

整个电路将会被分析一次，而电路某一部分中的问题将会被识别并消除。

但除了受实际上可仿真哪些事物的现实束缚之外，具有不同领域分析的优点在于，可成组解决特定问题，而无需归类为“可能出错的任何事物”。

在信号完整性中，例如，重点是从发射器到接收器的链路。

可仅为发射器和接收器以及中间的一切事物创建模型。

这使得仿真信号完整性变得相当简单。

另一方面，要仿真电源完整性可能有点困难，因为“边界”有点不太明确，且实际上对信号完整性领域中的项目具有一定的依赖性。