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[射频技术资料] 分享书籍:信号完整性分析

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发表于 2021-9-23 18:55:00 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
第1章 信号完整性分析概论
当今时代,不仅时钟频率日益提高,信号完整性问题变得更为严重,设计人员用来解决信号完整性问题和设计新产品的时间也日益缩短。产品设计人员将一件产品投人市场只有一次机会,所以该产品必须第一次就能运行成功。如果在产品设计周期中不能尽早确定和消除信号完整性问题,产品有可能不能正常工作。
在高速产品中,物理设计和机械设计都会影响信号完整性。图1.1示出了印制电路板(PCB)上一段简单的两英寸(in,1in=0.0254m)长的线条是如何影响典型驱动源的信号完整性的。
1.jpg

通常设计过程是极富直觉和创造性的。要想尽快完成合格的设计,激发关于信号完整性的设计直觉至关重要。所有涉及产品的设计师们都应该了解信号完整性如何影响整个产品的性能。通过在直觉和工程实践的层次上理解信号完整性的基本原理,参与设计过程的每个设计师就可以体会到他们的决定对系统性能所产生的影响。本书主要介绍理解和解决信号完整性问题所需的基本原理,直观定量地给出了信号完整性问题的工程背景知识。

1.1 信号完整性的含义
过去,时钟频率只有10 MHz。电路板或封装设计的主要挑战就是如何在双层板上布通所有的信号线以及如何在组装时不破坏封装。由于互连线不曾影响过系统性能,所以互连线的电气特性并不重要。在这种意义下,可以说"对信号来讲过去的互连线是畅通透明的"。
例如,如果一个器件输出一个上升边约为10 ns、时钟频率为10 MHz的信号,则即使是最粗糙的互连线,电路也可以正常工作。由手工连线而成的样机同规范布线的最终印制板产品一样都能正常工作。
但是现在时钟频率提高了,信号上升边也已普遍变短。对大多数电子产品而言,当时钟频率超过100 MHz或上升边小于1ns时,信号完整性效应就变得重要了,通常将这种情况称为高频领域或高速领域。这些术语意味着在那些互连线对信号不再透明的产品或系统中。如果不小心就会出现一种或多种信号完整性问题。
从广义上讲,信号完整性指的是在高速产品中由互连线引起的所有问题。它主要研究互连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性能。
所有这些问题分为以下三种影响和后果∶
1.时序;
2.噪声;
3.电磁干扰(EMI)。
时序本身就是一个复杂的研究领域。在一个时钟周期内,必然发生一定数量的操作,必须在预算中划分某段较短的时间并分配给各种不同的操作。例如,分配一些时间给门翻转、将信号传送至输出门、等待时钟进入下一级门、等待门读出输入端数据等。尽管互连线影响时序预算,但本书不讨论时序问题。关于这个主题的更多信息,本书在附录部分给有兴趣的读者列出了些其他的参考书。这里的重点放在互连线对其他一般高速问题的影响上,其中大部分为噪声问题。
我们听到过许多信号完整性的噪问题。H如振铃、反射、诉端串扰、开关噪声 北单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载等。这些都是互连线的电气特性对数字信号波形所造成的不同影响。
乍一看,要考虑的新问题似乎无穷无尽、非常混乱,这一点从图1.2中可以看出。数字系统设计师或电路板设计师中很少有熟悉所有这些术语的,他们仅仅将这些问题标记为早期产品设计雷区中的弹坑,发现一个算一个。怎样才能弄清所有这些信号完整性问题呢? 难道仅仅是列一个不断增加的清单并定期地补充它吗?
所有与信号完整性噪声问题有关的效应都与下面四类特定噪声源中的一个有关∶
1.单一网络的信号完整性;
2.两个或多个网络间的串扰;
3.电源和地分配中的轨道塌陷;
4.来自整个系统的电磁干扰和辐射。

1.3 串扰
当网络传播信号时,有些电压和电流能传递到邻近的静态网络上,而后者只是从事自己的事务。即使第一个网络(动态网络)上的信号质量非常好,一些信号也会以有害的噪声形式耦合到第二个静态网络上。
串扰发生在两种不同的情况中∶ 互连线为均匀传输线时(正如电路板上的大多数线条那样)和互连线为非均匀传输线时(如接插件和封装)。在可控阻抗传输线上,线条有很宽的均匀返回路径,相对的容性耦合与感性耦合大小是相当的。在这种情况下,这两种效应在静态线的近端和远端的叠加方式是不一样的。图1.7为电路板上的两个网络间的近端和远端串扰。
2.jpg
返回路径为均匀平面时是实现最低串扰的结构,一旦使返回路径的均匀平面发生变化,就会增加两个传输线间的耦合噪声。通常发生这种情况时(例如当信号经过接插件且多个信号共用的返回路径是一个引脚而不是一个平面时),感性耦合噪声比容性耦合噪声增加的要多。
当感性耦合噪声处于主导地位时,通常把这种串扰归为开关噪声、AI噪声、dI-dt噪声、地弹、同时开关噪声(SSN)或者同时开关输出(SSO)噪声。这类噪声是由耦合电感.即所谓的互感产生的。阅读本书后面的章节可知,地弹实际上是由于邻近信号和返回路径间的互感很大才产生的,开关噪声大多发生在接插件和封装处。图1.8为封装中邻近信号路径和返回路径间的大互感产生的 SSO噪声。

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发表于 2024-2-2 08:40:39 | 显示全部楼层 来自 广东省广州市
看看                  
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发表于 2024-2-21 16:09:34 | 显示全部楼层 来自 广东省佛山市
看看  。。。。
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发表于 2024-2-23 14:04:26 | 显示全部楼层 来自 广东省深圳市宝安区
坎坎坷坷看看
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