文档介绍：杭州电子科技大学
硕士学位论文
高速数模混合电路信号完整性分析与PCB设计
姓名:李小荣
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:王健
20100201
杭州电子科技大学硕士学位论文
摘要
现代电子产品正朝着高速、高集成度和高可靠性的方向发展。带宽高达百 MHz 甚至 GHz
的高速运放与高速数模转换器在视频处理、信号采集、实时检测等电路中的应用越来越多;
边沿速率达 ps 级的高速数字器件已相当普遍。相应地,高速数模混合电路板(Printed Circuit
Board,PCB)成为电路板发展的新趋势。高速数模混合 PCB 具有新的特点,传统的 PCB 设
计方法已不能满足需求,这类 PCB 设计面临着新的挑战,要求采取新的设计方法和手段,来
保证产品设计的首件成功率。
信号完整性(signal Integrity,简称 SI)是指信号在互连线上的传输质量。在一个高速互连
系统中,信号流经芯片内部连线、芯片封装、PCB 布线通道、焊盘、过孔等,任何信号传输
路径都有可能引发信号完整性问题,本论文把问题主要集中在板级互连上。高速系统中,PCB
上高速信号间的互连不再是畅通和透明的,高速的互连线对系统的影响已不能被简单忽略。
互连引起的信号完整性问题可能会导致系统工作不稳定,甚至不能正常工作。如何处理由高
速互连线引起的信号完整性问题,是现代高速混合电路 PCB 设计能否成功的关键。信号完整
性设计需要贯穿于整个项目设计的各个阶段,需要在设计阶段尽早地解决潜在的问题。
本论文基于高频效应、传输线理论、电磁干扰理论,对反射、串扰、同步开关噪声(SSN)、
电磁干扰(EMI)等信号完整性问题进行深入分析,根据理论分析与实际经验给出各种相应问题
的解决方法。笔者通过对一块高速数据采集卡进行信号完整性分析与 PCB 设计,主要从优化
高速模拟电路 PCB 和高速数字电路 PCB 的信号完整性出发,来确保各部分的信号质量并减
小数模之间的干扰,从而探索出高速数模混合 PCB 的设计方法和设计流程。笔者运用 Cadence
Allegro PCB SI 与 Ansoft SIwave/Designer SI 仿真工具,对采集卡中的关键网络与整板进行仿
真分析,通过对高速数字电路中的反射、串扰、同步开关噪声、传导与辐射等进行仿真分析
来优化干扰源和干扰途径。根据仿真分析的结果制定相关布局、布线规则来驱动设计,并在
布线后对 PCB 进行仿真验证和设计优化,确保在设计阶段采取有效的措施来增强信号完整性,
达到良好的设计效果。这也进一步证明了高速设计的仿真分析和设计方法的重要性。
本文所提出的基于信号完整性仿真分析与验证的高速混合 PCB 设计方法和流程,可以提
高实际的 PCB 设计质量,降低设计风险,减小设计修改和制作的次数,从而缩短市场开发周
期、减少开发成本。对于实际工作中的设计观念、设计流程及设计手段的改进与完善具有现
实指导意义。

关键词:高速混合 PCB,信号完整性,同步开关噪声,电磁干扰,PCB 仿真

I
杭州电子科技大学硕士学位论文
ABSTRACT
Modern electronic products are towards higher speed, higher integration and higher reliability.
The bandwidth of high-speed amplifiers and analog-to-digital converters is above hundreds MHz,
even high-speed analog devices are more and more widely used in video signal
processing, signal acquisition and real-time detecting circuits. The high-speed digital devices with
edge rate up to ps level are mon. Accordingly, High-speed digital-analog hybrid circuit
PCB e the new trend of PCB,which has new features. The traditional design methods can not
meet the demands. The design of high-speed hybrid circuit PCB