文档介绍：西南交通大学
硕士学位论文
高速PCB信号完整性分析及应用
姓名:乔洪
申请学位级别:硕士
专业:系统工程
指导教师:金炜东
20060501
摘要号边缘速率越来越快,低骋巡辉傧褚酝杓浦薪鼋鲋皇侵С诺缱釉F骷本文基于信号完整性基本理论,对串扰、反射和同步开关噪声等信号完整西南交通大学硕士研究生学位论文第电子技术和集成电路技术的不断进步,数字系统的时钟速率越来越高,信的平台,而变成了一个高性能的系统结构。从电气性能角度看,高速信号间的互连不在是畅通和透明的了,高速的导线互连和板层特性对系统的影响已不能被简单忽略。如何处理由高速信号互连线引起的反射、串扰、开关噪声等信号完整性问题,确保信号传输的质量,是一个设计能否成功的关键。信号完整性是指信号在信号线上传输的质量,它并不仅仅是单一因素引起的,而是在板级设计中多种因素共同引起的。传统依赖个人设计经验的方法已经无法解决如今高性能、高密度纳杓埔G螅桓龊玫男藕磐暾陨杓菩要贯穿于整个设计的各个阶段。基于模型的高速寮缎藕磐暾苑析,可以在设计阶段最大化解决潜在的问题,在高速系统设计具有指导意义。性问题进行分析,并讨论了各种相应问题的解决方法。在此基础上,基于嵌入式网络视频监控系统的硬件设计,利用高速男藕磐暾陨杓屏鞒探邢统分析与设计,,如御线拓扑结构,串扰分析等。由仿真和分析的结果制定相关布局、布线规则约束杓疲⒃诓枷吆蠖韵低辰蟹抡嫜橹ぃ锏搅己玫纳杓菩Ч缩短了硬件设计的开发周期,也进一步证明了高速杓频姆抡娣治龊蜕杓方法的重要性。关键词:信号完整性:抡妫磺度胧较低常籗
’￡饪打晰曲·辭舒騮辬隆痶鷇阠蛐’,.￡玎鱱珻.,.蠲『猰瓵,.;;,痵騞’篠Ⅱ籔’
第赂咚俚缏沸藕磐暾曰疚侍传输线理论高速信号的定义西南交通丈学硕士研究生学位论文在一个高速互连系统中,如图,信号流经过芯片内部连线、芯片封装、宀枷咄ǖ馈⒑概獭⒐祝藕疟旧淼牡缙匦允沟迷谌魏涡藕糯输路径上都有可能存在信号完整性问题。我们把问题主要集中在寮痘。掣图瓦连系统的信号完整性问题一般高速数字系统应包括两个方面的定义,一是指系统的工作频率高;通常认为如果数字系统的频率达到或者超过统莆8咚偈窒统。在本质上,信号边缘的谐波频率比信号本身的频率高,是信号快速变化上升/下降沿变化速率快,那么即使系统的工作频率很低也要被看作是高速数字系统。通常约定如果信号在信号线中传播延时大于信号驱动端的上升时『日蛉衔4诵藕攀歉咚傩藕挪⑿枰?悸谴湎咝вΑ第连上,本章就信号完整性基本理论及影响信号完整性几种典型问题进行分析,这也是后序信号完整性分析与仿真的理论基础。二是指系统中信号的边沿仙兀陆笛变化速率快。的上升沿与下降沿虺菩藕盘引发信号传输的非预期结果。如果信号在以往的低频和信号边沿变化缓慢的系统设计中,所设计的网络都可以删蛐“
.湎叩奈锢砟P西南交通大学硕士研究生学位论文第看作是集总参数的,即所谓的集总参数系统。电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中空间的各点上。各点之间的信号是瞬时间传递的。集总参数是一种理想化的模型。它的基本特征可以归纳为:电路参数都集中才电路元件上:<淞叩某ざ潭孕藕疟旧砻挥杏跋欤葱藕旁诖涔讨形藁变,信号传输不需要时间;低持懈鞯愕牡缪购偷缌鹘鼋鍪鞘奔涞暮集总参数系统其实是实际情况的一种理想化近似。在高速杓浦校不可避免使用大量的信号连接线,且长短不一,信号经过连接线的延迟时间与信号本身的变化时间相比已经不能忽略,信号以电磁波的速度在连接线上传输,此时的连接线是带有电阻、电容、电感的复杂网络,就要用分布参数系统模型来描述,即传输线模型。由于传输线的一个基本特征是信号在其上传输需要时间,因此也叫延迟线。其基本特征为:绮问植荚谄湔季莸乃锌占湮恢蒙稀藕糯湫枰J奔洹4湎叩某ざ戎苯佑跋熳判藕诺奶卣鳎蛘咚悼能使信号在传输过程中产生畸变。藕挪唤鼋鍪鞘奔的函数,同时也与信号所处的位置泄兀即信号同时是时问臀恢的函数。为了保证信号在传输中不失真地传输,我们必须找出信号随时间、位置变化时的变化规律,即瑃琲,的变化规律。为此,我们通过建立传输线的物理模型,得到瑃琲,的数学方程并分析其变化规律,可以得到一些有意义的结论。为便于分析,我们假设传输线是均匀的,其截面形状及介质的电特性和磁特性沿着整个传输线保持不变。如前所述,传输线是一个分布参数系统,它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。,就越接近传输线的实际情况。当籓时,可以近似用集总参数模型来描述。