高速电路的信号完整性分析.doc

高速电路的信号完整性分析.doc高速电路的信号完整性分析摘要:介绍了高速PCB设计屮的信号完整性概念以及破坏信号完整性的原因,从理论和计算的层而上分析了高速电路设计屮反射和出扰的形成原因,并介绍了IBIS仿真。关键词:信号完整性反射串扰IBIS仿真随着半导体技术和深压微米工艺的不断发展,IC的开关速度FI前已经从几十MHz增加到几百MHz,甚至达到几GHz。在高速PCB设计中,工程师经常会碰到误触发、阻尼振荡、过冲、欠冲、串扰等信号完整性问题。本文将探讨它们的形成原因、计算方法以及如何采用IBIS仿真方法解决这些问题。1信号完整性定义信号完整性(SignalIntegrity,简称SI)指的是信号线上的信号质量。信号完整性差不是由单一因素造成的,而是由板级设计屮多种因素共同引起的。破坏信号完整性的原因包括反射、振铃、地弹、出扰等。随着信号工作频率的不断提高,信号完整性问题已经成为高速PCB工程师关注的焦点。2反射1反射的形成和计算传输线上的阻抗不连续会导致信号反射,当源端与负载端阻抗不匹配时,负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗,反射电压为负;如果负载阻抗大于源阻抗,反射电压为止。反射回来的信号还会在源端再次形成反射,从而形成振荡。现以图1所示的理想传输线模型为例,分析与信号反射有关的重要参数。图1,理想传输线L被内阻为R0的数字信号驱动源Vs驱动,传输线的特性阻抗为Z0,负载阻抗为RL。如果终端阻抗(B点)跟传输线阻抗(A点)不匹配,就会形成反射,反射回来的电压幅值由负载反射系数PL决定。Ft可由式(1)得出:PL二(RL-ZO)/(RL+ZO)(1)从终端反射111的电压到达源端时,可再次反射回负载端,形成二次反射,此时反射电压的幅值由源反射系数PS决定,PS可由式(2)得出:Ps=(RO-ZO)/(RO+ZO)(2)精确计算反射系数和反射电压的关键是确定传输线的特征阻抗,它不仅仅是印制线的屯阻。当印制线上传输的信号速度超过lOOMIk时,必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线,而且在高频下会有超肤效i肖和电介质损耗,这些都会影响传输线的特征阻抗。按照传输线的结构,可以将它分为微带线和带状线。,其模型如图2所示。印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。计算公式如下:式屮,Z0是微带线的特性阻抗(Q),w是印制导线宽度(英寸),t是印制导线厚度(英寸),h是电介质厚度(英寸),是印制电路板电介质的相对介电常数。,其模型如图3所示。它的特性阻抗和印制导线的宽度、厚度、电介质的介电常数以及两个接层的距离有关。特性阻抗的计算公式如下:式屮,Z0是微带线的特性阻抗(Q),W是印制导线宽度(英寸),t是印制导线存度(英寸),h是电介度厚度(英寸),£1是印制电路板电介质的相对介电常数。。特性阻抗的计算公式如下:式屮,Z0是微带线的特性阻抗(Q),w是印制导线宽度(英寸),t是卬制导线存度(英寸),h是电介质厚度(英寸),c是印制导线之间的距离,ET是印制电路板电介质的相对介电常数。,从