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。 高速电路信号完整性分析;浙江信号完整性分析USB测试
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信号的能量大部分集中在信号带宽以下,意味着我们在考虑这个信号的传输效应时, 主要关注比较高频率可以到信号的带宽。
所以,假如在数字信号的传输过程中可以保证在信号的带宽(0.35亿)以下的频率分量(模 拟信号)经过互连路径的质量,则我们可以保证接收到比较完整的数字信号。
然而,我们会在下面看到在考虑信号完整性问题时由于传输路径阻抗不连续对信号的反 射,损耗随频率的增加而增加的特性等因素,这些频率分量在传输时会有畸变,从而造成接 收到的各个频率的分量叠加在时并不能完全保证复现原有的时域的数字信号。 浙江信号完整性分析商家什么是信号完整性分析?
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什么是信号完整性
信号完整性(Signal Integrity)可以泛指信号电压、电流在互连结构传输过程中的信号质 量问题,包括噪声、干扰及由其造成的时序影响等。
什么时候需要考虑信号完整性问题呢?
一般来说,传统的电路学理论适用于信号互连的电路尺寸远小于传输信号中设计者所关 心的比较高频率所对应波长的电路结构分析。此时,信号的互连等效于一阶电路元件,被称为 集总元件(Lumped Elements):反之,当信号互连的电路尺寸接近传输信号中设计者所关心 的比较高频率所对应的波长时,由于互连路径上不同位置的电压或电流的大小与相位均可能不 同,信号的互连等效于多阶电路元件,因而被称为分布式元件(Distributed Elements)。在数 字世界中,边沿速率几乎完全决定了信号中的比较大的频率成分,通常从工程经验认为当信号 边沿时间小于4〜6倍的互连传输时延时,信号互连路径会被当作分布参数模型处理,并需要 考虑信号完整性的行为。
实世界里的数字信号并不只是0或1的表现,一定会存在从0到1或从1到0的跳变 过程。
信号完整性是指信号在传输过程中是否保持其原始形态和质量。在高速数字系统中,信号完整性非常重要,因为信号受到的噪声和失真可能会导致错误或故障。因此,信号完整性的分析和优化是数字系统设计中至关重要的一步。
以下是一些信号完整性的基础知识:
1.时域和频域
在信号完整性分析中,时域和频域都是非常重要的概念。时域描述随时间变化的信号波形,包括上升时间、下降时间,瞬态响应等等。频域描述信号的频率特性,包括截止频率、带宽、幅度响应等等。
2.常见的失真类型
在数字系统中,常见的失真类型包括内插失真、抖动、幅度失真和相位失真等。这些失真类型经常与信号的传输有关,因此分析信号的失真类型可以帮助设计人员确定性能和可靠性要求。 信号完整性测试有波形测试、眼图测试、抖动测试;
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3、信号完整性的设计方法(步骤)掌握信号完整性问题的相关知识;系统设计阶段采用规避信号完整性风险的设计方案,搭建稳健的系统框架;对目标电路板上的信号进行分类,识别潜在的SI风险,确定SI设计的总体原则;在原理图阶段,按照一定的方法对部分问题提前进行SI设计;PCB布线阶段使用仿真工具量化信号的各项性能指标,制定详细SI设计规则;PCB布线结束后使用仿真工具验证信号电源等网络的各项性能指标,并适当修改。
4、设计难点信号质量的各项特征:幅度、噪声、边沿、延时等。SI设计的任务就是识别影响这些特征的因素。难点1:影响信号质量的因素非常多,这些因素有时相互依赖、相互影响、交叉在一起,抑制了某一因素可能会导致其他方面因素的恶化,所有需要对各因素反复权衡,做出系统化的综合考虑;难点2:有些影响信号传输的因素是可控的,而有些是不可控的。 信号完整性测试所需工具说明;北京信号完整性分析服务热线
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广义的信号质量还可以泛指包括所有可能引起信号接收、信号时序、工作稳定性或者电 磁干扰方面问题的不正常现象。常见的有如下几方面。
信号传输延迟(Propagation Delay),指由于传输路径的延时造成的信号由发送到接收之 间的时间偏差,其与传输路径的长度和信号传输速度相关,在分析同步信号 时序时需要考虑传输路径引起的延时。
上升下降时间(Rising and Falling Time),通常数据手册将其定义为上升下降沿电压在 10%〜90%的时间。IBIS模型会用上升下降沿电压在20%〜80%的时间,上 升下降沿时间会因为工作环境(供电电压、温度)的变化对器件造成影响;传输路径的特性 (长度,损耗等);信号的负载;信号的干扰(串扰)或者同步开关噪声等产生变化。某些接 收器件会有触发要求,在时序约束要求严格的设计中(DDR2/DDR3/DDR4)也需要考虑上升 下降时间的因素。 浙江信号完整性分析USB测试
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