揭秘——信号完整性

学习《Altium Designer 14 电路设计与仿真从入门到精通》李瑞,耿立明的阅读笔记:

信号完整性就是说一个印制板上,信号从上一级经信号线传输到下一级后,仍旧按照原要求驱动下一级正确运行而功能并未损失的一种特性。
具体在一个电路过程中,信号能以无误的时序和电压值进行传输,正确达到下一级。这样的过程就可以看作是信号完整性。

对于一个数字系统来说,正确的信号时序影响系统的稳定工作。
特别是信号时序在受到信号传输延迟,信号波形损失的情况下,较难以保证数字系统鲁棒性。
同时,经过仿真分析证明出:集成电路过于频繁的切换端接元件布局不合适,电路的电气性连接有瑕疵都会引发信号传输不完整性的问题。

分三种:

1.信号延迟
信号延迟是由于驱动过载,走线过长引起的传输线效应引起的,在传输线上,有等效电容,电感都会造成信号的数字切换延时,从而影响集成电路的建立时间和保持时间。进而导致电路工作不稳定或不能正常工作。

尽管传输延迟影响较大,但实际设计中还是无法避免的。
对此,就有了一个延迟容限的概念:定义为保证电路正常工作下,允许信号追到时序变化量。

2.串扰:
串扰就是说在没有电气连接(即A元器件和B元器件不直接通)的信号线之间的感应电压和感应电流造成的电磁祸合。
其中,连接线与该电路上承载电流和电压的数学关系后面说。

这种祸合回使信号线起着天线的作用,其容性耦合会引发耦合电流。感性耦合会引发耦合电压。
具体是由于信号线A上不光有流经其上面的电信号,我们知道电磁现象,当旁边的信号线上有交变电流通过时,就会产生交变的磁场,信号线的附近就会有信号电压产生。
其中串扰和印刷电路板板层参数,信号线的间距,驱动端和接收端的电气特性以及连接线的端接方式都有关。

3.反射

生活中的反射如光的反射,而此处说的反射就是信号传输线上的回波,信号功率的一部分经过传输线到负载上,另一端会向源端反射(回波)。

布线过程中的某些几何形状,,不适当的端接,经过连接器的传输及电源平面不连续等因素都会让信号产生反射,使得信号出现严重的过冲,或者下冲现象。导致系统逻辑混乱。

接地反弹

说的是电路中存在较大的电流,而在电源中与接地平面间产生大量噪声现象。如会在芯片和电源之间产生一个瞬态电流,芯片封装和电源间的寄生电感、阻容器件会引发电源噪声,使得印制板的地产生较大的电压波动,足够对其他元件产生误动作。(举例,如果电路的某比较器限伏电压为1.8v,低于1.8V认为是低电平,高于1.8V认为是高电平,此时2V就会对比较器产生误动作。)

一般设计时候都有接地分割(数字接地,模拟接地,屏蔽接地)
基于此,做好信号完整性分析,非常有必要。

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