信号完整性名词解释

信号完整性名词解释（精选5篇）

1.信号完整性名词解释 篇一

信号完整性分析与PCB设计(2010-03-31 21:12:17)标签： 分类：万千世界 杂谈

1.四种类型的信号完整性问题

a）单一网络的信号质量：在信号路径或返回路径上由于阻抗突变而引起的反射与失真。

b）多网络之间的串扰。

c）电源分配系统（PDS）中的轨道塌陷。d）来自元件或系统的电磁干扰。2.单一网络的信号质量问题

a)如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分信号将被反射，另一部分信号发生失真并继续传播下去。因此要提高信号质量，必须保持信号在整个路径中感受到的瞬态阻抗不变。

b)一般来说，时域中上升时间越短的波形在频域中的带宽越高。如果改变频谱使波形的带宽降低，那么波形的上升时间就会随之增加。无论是导体损耗还是介质损耗，对高频分量的衰减要大于低频分量的衰减。这种选择性衰减使得在互连线中传播的信号的带宽降低，上升沿退化。带宽与上升沿之间的经验公式：BW=0.35/RT BW: 表示带宽，单位是GHZ。

RT: 表示10-90上升时间，单位为ns。

在不知道互连线带宽的时候，我们通常经验上认为带宽为时钟频率的5倍。c)把信号接入传输线时，它就以材料中的光速在导线中传播（注意信号传播的速度和导线中电子的运动速度无关）。信号在沿着传输线传播时，同时使用信号路径和返回路径。信号总是指信号路径与返回路径之间相邻两点的电压差。这个普遍的原则适用于所有的传输线，无论单端还是差分。当频率增加时，返回路径上的电流选择阻抗最低的路径。这转化到回路电感最低的路径，即返回电流必将尽量靠近信号电流。频率越高，返回电流直接在信号电流下面流动的趋势就越明显。通常在频率高于10MHZ时，绝大部分的返回电流都直接在信号路径下面流动。无论路径是弯曲的还是直角拐弯的，平面上的返回路径都会跟随它。采用这种回路，信号路径与返回路径之间的回路电感就会保持很小。

任何妨碍返回电流靠近信号电流的因素，例如返回路径上有一道裂缝，都会增加回路电感，并会增加信号受到的瞬态阻抗，这将引起信号失真。d)没有终端端接的传输线最大长度的英寸值等于信号上升时间的纳秒值，这是一个实用的经验法则。但是几乎所有的互连线都需要端接的，最常用的办法是源端串联端接。

e)即使信号路径布线绕道而行，也不要跨越返回路径上的突变处。f)传输线损耗主要为导线损耗和介质损耗。通常在频率高于1GHZ时，介质损耗就占主导地位了。传输线损耗引起上升边退化，从而引起ISI和眼图塌陷。

g)当电路板上的铜线为１盎司或34um时，若频率大于10MHZ，则导线中的电流不会占用布线的整个横截面，会出现趋肤效应，导致互连线的电阻增大。

h)无论是导线损耗还是介质损耗都会随频率的升高而增大。互连线越长，高频损耗越大，线的带宽越低。FR4板上的传输线传播的信号，它的上升边以10ps/in的速度增加。i)差分阻抗的大小是单端信号线特性阻抗的2倍。为了消除反射，在两条信号的末端跨接一个端接电阻来匹配差分阻抗，这个阻抗值为2Z。3.轨道塌陷

a)当变化的电流经过PDS互连线的阻抗时就会引起电压降，称之为轨道塌陷。减小轨道塌陷的策略就是减小电源分配网络的阻抗。

b)为了减小PDS中的电压轨道塌陷，就要在电源和地之间加上多个去耦电容，阻止电源电压的下降。电压的下降量达到电源电压的5%时的时间近似为：

T=C * 0.05 *(V/P)可以使用尺寸较小的电容器，从电容器焊盘到过孔之间的连线要尽量段，并将多个电容器并联使用。4.传输线的串扰

a)把噪声源所在的网络称为动态网络。把有噪声产生的网络称为静态网络。传输线上的串扰分为NEXT（近端串扰）和FEXT（远端串扰），将相邻信号路径之间的距离增大到线宽的2倍时，可以有效的减小串扰。

b)对于线间距不大的重要的信号线，可以布防护网络加以保护。

2.信号完整性名词解释 篇二

当今的数字电路设计中,随着用户需求的提高、半导体工艺的不断发展,处理器芯片的速度越来越快、密度越来越大、面积越来越小[1]。与低速数字电路设计相比,高速数字电路设计不仅要保证电路原理图设计的正确性,还要考虑当数字信号的上升时间减小到一定程度时,无源元件的电容、电感特性所导致的信号完整性问题。如果信号完整性问题在电路设计中被忽略,将会导致系统不稳定或无法运行,甚至整个设计都要被推翻,极大地降低了设计效率[2]。

所以,为了提高高速数字电路设计的首次成功率,信号完整性问题得到了越来越普遍的关注。这里结合OMAPL138的高速信号处理系统,对如何解决高速数字电路中的信号完整性问题进行了具体的阐述。

1 系统简介

该系统是基于OMAPL138的高速信号处理系统,OMAPL138是整个系统的核心。OMAPL138是美国德州仪器(TI)新推出的DSP+ARM双核架构的高性能处理器,其主频最高可达456 MHz,支持浮点运算,不仅具有DSP超强的数字信号处理能力,又面向应用,具备ARM的丰富外设接口的特点,其外设接口包括EMIFA、EMIFB,UART,EMAC等[3]。DSP核和ARM核通过片内共享内存区域进行相互通信[4]。

系统硬件结构图如图1所示。系统包括NAND FLASH模块、DDRⅡ模块、VME总线模块、串口模块和网口模块。除了VME总线模块需要通过FPGA进行EMIFA到VME的接口转换外,其他模块都与OMA-PL138相应的外设接口直接连接。其中,NAND FLASH模块用于存放引导程序、内核和文件系统;DDRⅡ模块用于系统运行时过程文件和临时数据的存储[5];VME总线模块和网口模块用于与其他系统的数据通信;串口模块用于连接上位机,系统调试时,可以打印调试信息。

该系统应用在光刻机的物镜控制箱中。系统工作时,首先通过网口接收数据采集卡发送的物镜中镜片的位置、温度等信息,然后经由OMAPL138进行高速数据处理,最后通过VME总线向驱动板卡发送处理后的数据,由驱动板卡对镜片的位置、温度等进行调整。

2 信号完整性分析与仿真

常见的信号完整性问题主要包括:单条传输线的信号反射、相邻传输线之间的信号串扰、时序控制以及电源完整性问题等。

在该系统中,高速信号的信号完整性特性主要表现在OMAPL138与DDRⅡ的接口上,DDRⅡ的时钟最高可达312 MHz,地址、数据和控制信号频率为时钟的1 2,即156 MHz。下面主要以此接口为例,对信号完整性进行分析,并在Cadence软件环境下进行仿真说明。

2.1 单条传输线的信号反射

对于单条信号线来说,几乎所有的信号完整性问题都来源于信号传输路径上的阻抗不连续性所导致的反射。解决信号反射问题有三种方法:降低系统时钟频率、缩短PCB走线和端接阻抗匹配。第一种降低了系统的运行效率,第二种需要增加PCB板的层数,提高了设计成本,显然这两种方法都不可取,第三种是最有效的解决方法。端接阻抗匹配包括源端端接和终端端接,源端端接主要应用于消除二次反射;终端端接又可分为并联匹配、戴维宁匹配、交流中断匹配、二极管匹配和串联匹配[6]。几种匹配方式中,只有串联匹配最适用于大规模并行总线的的阻抗匹配应用,所以对于DDRⅡ的地址、数据和控制总线都采用串联端接阻抗匹配。

图2所示为使用Cadence软件的Sig Xplorer组件对156 MHz的DDRⅡ数据线未接串联端接电阻时的仿真图,由图中可以看到由于反射产生0.3 V左右的过冲。图3所示为在传输线上增加22Ω的串联端接电阻(阻值大小的确定与OMAPL138的输出阻抗和板层结构有关,即输出阻抗与串联端接电阻的和等于传输线的阻抗),图中显示信号质量得到极大的改善,没有幅度较高的过冲。

2.2 相邻传输线间的信号串扰

形成串扰的原因有两种,分别是电感性耦合和电容性耦合,它们会导致向前、向后两种类型的串扰。串扰的产生和强度大小取决于传输线中电流的变化和走线的距离,电流变化的越快、走线距离越近,耦合就越强,串扰就越严重。因此,解决串扰问题的方法有两种,分别是降低信号速率和增加走线间距。由于降低信号速率会影响系统的性能,所以应采用增加走线间距的方式来减小相邻传输线间的信号串扰。

图4所示为Cadence软件环境下,312 MHz的DDRⅡ时钟线对其相邻间距为5 mil的走线产生串扰的仿真波形,图中显示产生了幅度最大约为±150 m V的串扰电压。图5所示为相邻间距为15 mil时串扰的仿真波形,图中显示产生了幅度最大约为±40 m V的串扰电压,串扰明显减小,说明增大相邻传输线间距可以有效的降低串扰。需要说明的是,由于PCB板的面积和成本问题,相邻传输线间距不能无限增大,要根据实际情况选择最优方案。

2.3 时序控制

在高速数字电路设计中,对时序的要求非常严格,具体时序要求包括信号发送端的时序、传输路径上的延时和信号接收端的时序。在PCB的实际设计中,就要通过控制传输线的阻抗和传播延时满足信号发送端和接收端对信号建立时间和保持时间的要求[7]。

在本系统中,OMAPL138和DDRⅡ分别作为信号的发送端和接收端,通过查阅芯片数据手册[8]和计算传输线阻抗及延时,把相关信号线分为时钟线、控制线、地址线和数据线四组,每一组线都需要等长设置,且长度不能超过1 200 mil,控制线比时钟线长最大100 mil,但不能短,线宽设定为4.5 mil,阻抗控制在50~75Ω范围内。

设计中,主要通过蛇形走线的方式对线长进行控制,从而满足信号发送端和接收端的时序要求,图6所示为PCB板在某信号层上的蛇形走线。

2.4 电源完整性

在高速数字电路设计中,电源系统的稳定性是解决一切信号完整性问题的前提。现今高速器件BGA封装的普遍使用,以及电源需求的多样化和复杂化,使得高速数字电路设计必须采用多层板。PCB板层叠结构的设置需要遵循的原则包括:应有良好、连续的参考层,以有效控制走线的阻抗;走线应尽量靠近相应的参考层,以减小串扰,同时减小信号的回路面积,从而使电磁干扰降到最低;需要成对的参考层,形成的平面电容不仅对电路的去耦很重要,并且能够有效的抑制差模和共模噪声信号导致的电磁干扰[9]。在本系统中,考虑到整体设计需求和设计成本,采用6层板的层叠结构,在Cadence软件环境下的板层设置如图7所示。

关于电源完整性,在高速数字电路设计中,旁路电容和去耦电容的使用也非常重要。其作用主要包括:为各种噪声提供流通到地平面的低阻抗通路;当电源波动较大时,通过储能为器件供电,保证电源的稳定性。在本系统中,有源器件的每个电源引脚与地之间都布置了0.1μF的电容,同时整个电路板上布置了若干大容量钽电容。需要注意的是,电容的位置要尽量靠近器件的电源引脚;电容引脚走线尽可能短,因为引线越长,电感性的越强,电容的作用就越小。

3 结语

现代高速数字电路设计中,信号完整性问题扮演着越来越不可忽视的角色。基于OMAPL138的高速信号处理系统,在测试中,没有发现因为信号完整性问题而使系统运行不稳定的情况。实践证明,分析信号完整性问题的产生原因,通过仿真得到解决信号完整性问题的方案,可以有效地防止反射、串扰等信号完整性问题对高速数字电路系统的运行产生影响,极大的提高了高速数字电路设计的一次成功率。

摘要：以基于OMAPL138的高速数字信号处理系统为例,分析了信号完整性在高速电路设计中的重要性及问题产生原因,通过仿真提出了信号完整性问题中的反射和串扰的解决方案,并具体阐述了在实际工程设计中如何控制高速信号的时序,以及如何保证电源系统的完整性。实践证明,高速数字电路设计中,保证信号完整性可以有效的保障系统的稳定运行,提高设计的一次成功率。

关键词：信号完整性,OMAPL138,反射,串扰,电源完整性

参考文献

[1]王剑宇,苏颖.高速电路设计实践[M].北京:电子工业出版社,2011.

[2]霍尔.高速数字系统设计[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3]李心阳,唐厚君.基于OMAPL138的电能质量监测系统的设计[J].微计算机信息,2011,27(6):78-80.

[4]栾小飞.OMAPL138双核系统的调试方案设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2012(1):16-19.

[5]赵海舜,王志平,季晓燕.基于Cadence的DDRⅡ仿真设计[J].电子科技,2010,23(8):5-8.

[6]邱燕军,申功勋.基于DSP+FPGA的高速信号采集与处理系统的信号完整性分析[J].测控技术,2007,26(12):8-10.

[7]覃婕,阎波,林水生.基于Cadence_Allegro的高速PCB设计信号完整性分析与仿真[J].现代电子技术,2011,34(10):169-171.

[8]Texas Instruments.OMAP-L138 C6000 DSP+ARM processor[EB/OL].[2010-05-30].http://www.ti.com/product/omap-l138.

3.信号完整性名词解释 篇三

浪潮为满足工业级应用开发了多款自主研发的工业计算机及服务器产品。最新推出的某型多单元服务器系统，采用了最新的ATCA架构，为满足系统内各计算单元的高速互联需求，自主研发了一款万兆交换机。

二、万兆交换机方案介绍

万兆交换机主板采用Broadcom的万兆交换芯片，同时提供千兆网端口和万兆网端口，可以通过管理单元实现对交换单元的配置，实现了服务器系统中计算单元数据的交互和计算单元与存储单元数据的交互。

三、万兆交换机高速PCB设计关键技术分析

1.信号完整性设计

万兆交换机主板上的信号最高速率为10Gbps，信号的上升沿大概是35ps左右，信号的走线不能按照几百M或几Gbps的信号那样进行简单处理，需要综合考虑叠层、信号阻抗、信号串扰、信号Skew控制、过孔Stub、PCB板材、信号阻抗匹配等等各方面因素的影响。

1.1主板叠层设计。叠层设计的好坏影响到主板的性能、稳定性以及加工成本，必须同时满足加工要求、信号完整性和EMI的要求。综合考虑以上因素，本主板采用了16层PCB设计：万兆信号走在L3、L5和L12、L14层，以L2、L4、L13、L15的地层为参考平面，这几层都是完整没有分割的地层，用來提供高速信号的回流平面。该叠层设计保证了万兆信号的阻抗连续性和良好的EMI性能。

1.2万兆高速信号走线设计。万兆（10Gb）信号的走线系统是典型的传输线系统，需要用信号完整性的理论（包括传输线理论中阻抗、损耗、反射、串扰、地弹等）来指导主板的布线设计。本主板的万兆布线采用圆弧布线方式以减少信号传输过程中的损耗；差分线对之间的间距加大到20mil以上以减少信号之间的串扰；差分线布线过程中严格等长，最大程度的减少了信号Skew；通过采用1.1的叠层设计，为高速信号提供了完整的地平面作为回流平面，减少了高速信号反射和地弹的影响；阻抗连续性方面，在信号经过SMT焊盘时，把焊盘下的铜平面挖掉来增大该处的阻抗，达到与走线的阻抗相匹配。

1.3高速信号过孔设计。信号的过孔（VIA）用来连接不同层的信号线。当连接的信号是高速信号时，过孔会产生相当大的寄生电感和寄生电容。本主板上万兆信号的过孔通过增加抵抗衬垫（Anti-pad）来降低寄生电感和寄生电容的影响；在高速信号换层时，增加GND return via以保证信号线过孔换层走线时，其回流路径能够连续；另外，在主板加工时，使用了背面钻孔（back drill）工艺，把过孔上不做信号传输的步伐（Via Stub）钻掉以降低信号反射，从而进一步保证了高速信号的阻抗连续性。

1.4PCB板材的选用。板材对PCB设计和加工影响最大的因素主要是介电常数和损耗因子。对于多层板设计，板材选取还需考虑加工冲孔、层压的性能。1）一般的PCB设计，可以选用FR4。FR4的优点是成本低、多层压制板工艺成熟，缺点是不同厂家以及不同批次生产的FR4板材掺杂不同，介电常数不同（4.2-5.4）且不稳定。2）工作在几个Gbps的信号，可以选用改性环氧树脂材料，其介电常数在几Gbps时比较稳定、成本较低、多层压制板工艺与FR4相同。3）由于本主板中相当一部分信号速率工作在10Gps，因此选用了高频板材，高频板材的介电常数相当稳定、损耗因子较低、耐热特性好、加工工艺与FR4相当，兼顾了信号完整性与成本的要求。

2.高速信号电源完整性设计

在万兆交换机主板设计时，除了考虑降低反射、串扰等信号完整性问题外，稳定可靠的电源也是重点考虑的内容。高速时钟和数据信号在状态变化时，会在电源平面/地平面上产生噪声电流和噪声电压，造成供电不连续，同时产生电磁干扰发射（EMI），影响主板的正常工作。

2.1电源分配系统的设计。主板的电源分配系统在布局布线之前就已经做了充分的规划，给系统主电源、CPU电源、各个主芯片和接口的电源预留了足够的铜皮宽度，保证了供电电流有足够的余量。同时，为了降低电源系统的纹波，采用了以下的措施来降低电源分配系统的阻抗：1）每个芯片的入口使用较厚、较宽的电源铜皮，同时避免在某个位置集中打过孔（Via）以保证电源和地平面的完整。2）各个电源分配系统远离晶振等干扰元器件，保证为主芯片提供无干扰的回流通路。3）在叠层设计时，就考虑电源层和地层的间距尽量小，保证了最低的电源阻抗，并有效抑制了高频噪声。4）配置了足够的、均匀分布的去耦电容，有效降低了电源噪声。

2.2电容的应用。在主板的布局布线过程中，充分考虑了旁路和滤波等电容的放置，以更好的滤除电源上的高频干扰，使每个电源的输出电流更加平滑。1）尽量减小电容的引线或者引脚的长度，并使电容和PIN管脚的连线尽量宽，必要的时候使用了铜皮连接。2）电容尽量靠近元器件PIN放置，并尽量使用表贴型（SMT）电容。3）电容之间不共用过孔，使用了多个过孔连接电容和地。4）电容的过孔尽量靠近焊盘放置。

四、结束语

随着半导体工业和计算机工业的飞速发展，PCB设计也会面临更多的挑战，需要综合运用信号完整性分析的方法来指导高速PCB设计。同时，这种基于信号完整性分析的高速信号PCB设计也需要不断的完善和提高，从而带动高速PCB设计方法的提升，而高速PCB设计方法的提升同时也会促进PCB产业乃至整个电子行业的持续进步与发展。

4.TC中如何使用汉字(完整解释) 篇四

作者：爱在远方

前面陆陆续续写了一些在TC中显示汉字的帖子，但都没有太详细的讲解，现在从前到后系统讲一下，

一、汉字在计算机中的编码形式

我们都知道，在计算机中英文字符是用一个字节的ASCII码表示，该字节最高位一般用做奇偶校验，故实际是用7位码来代表128个字符的，但是对于众多的汉字，只有用两个字节才能表示，这样用两个字节来表示一个汉字的体制，国家制定了统一的标准，称为国标码。国标码规定，组成两个汉字代码的各字节最高位为0，这和英文字符表示方法相同，这就有可能把汉字的国标码看作两个ASCII码，为此又规定在计算机里表示汉字时，把最高位置1，表示该码是汉字，这种最高位为1的代码称为机器内的汉字代码，简称内码。计算机里汉字就是用内码表示的。

例如：“大”这个汉字，

国标码 3473 00110100 01110011

内码 B4F3 10110100 11110011

知道汉字在计算机里是用内码表示的以后，还需要知道具体汉字的结构。我国在1981年公布了《通讯用汉字字符集及其交换码标准》GB2312-80方案，里面规定了高频字、常用字、次常用字集合成汉字基本字符集(共6763个)，再加上一些西文字母，希腊字母、日文字符、图形符号等一共700个。国家标准的汉字字符集在汉字操作系统中是以汉字库的形式提供的。汉字库规定，把字库分为94个区(区号)，每个区有94个汉字(位号)，这就是所谓的区位码(区位码第一字节是区号，第二字节是位号，因为知道了区位码就等于知道了该汉字在字库中的位置)。每个汉字在字库中是以点阵字模形式存储的，如一般采用16*16点阵形式，这样就需要32字节。在16*16点阵里，存1的点在显示时为一个亮点，存0的点不显示，这样汉字就显示出来了。简单写一下“大”这个字的字模：

0000001100000000

0000001100000000

0000001100000000

0000001100000010

1111111111111110

0000001100000000

0000001100000000

0000001100000000

0000001100000000

0000001110000000

0000011001000000

0000110000100000

0001100000010000

0001000000011000

0010000000001110

1100000000000100

这样当需要显示“大”这个汉字时，首先把这个字模取出，然后逐位显示，1显示0不显示，屏幕上就会出现“大”这个汉字。

那么我们怎么知道汉字的区位码呢？前面说了，汉字在计算机里是用内码存储的。内码和区位码的转换关系是(还以“大”为例)：

区号：B4-A0 位号：F3-A0

也就是说，把内码减去A0就是区位码，那么“大”这个汉字的区位码就出来了，是在14H区53H号，也就是第20区第83号。那么由于每个区有94个汉字，“大”这个字应该就是在汉字库的第(20-1)*94+(83-1)个汉字位置(每个汉字字模占32字节)。那么现在又要问了，内码又是怎样得到的呢？看下面的程序：

main

{

unsigned char *s=大;

printf(%x,%x ,s[0],s[1]);

getch();

}

运行程序发现，输出就是b4,f3。

二、西文方式下显示中文

说到这儿，大家应该有个思路了吧。要想显示汉字：

(1) 获得汉字内码

(2) 换算成区位码

(3) 在字库中取出该汉字的字模(共32字节)

(4) 1显示0不显示

说到这儿，又有一点要说明，由于汉字是16*16点阵结构，说明在一般的西文方式下还不行，因为一般的西文方式，屏幕显示都是80*25的文本格式，要想显示中文，必须切换到图形模式，在图形模式下才有象素的概念。

下面是一个实际的例子，大家可以复制到TC里运行一下就知道了，

#include stdlib.h

#include stdio.h

#include string.h

#include graphics.h

void WriteHzStr();

void WriteHz(unsigned char,unsigned char,int,int);

void GetHzBit(unsigned char,unsigned char);

char *s=中华人民共和国;

FILE *fp;

long int fpos; /*具体汉字在字库中的偏移量*/

char bitdata[32]; /*存储汉字字模*/

main()

{

int gdrive=DETECT,gmode;

initgraph(&gdrive,&gmode,); /*加载图形模式*/

if((fp=fopen(c:hzk16,rb))==NULL) /*打开16*16点阵汉字字库*/

{

printf(cannot open file );

exit(0);

}

WriteHzStr();

fclose(fp);

closegraph();

getch();

}

void WriteHzStr()

{

int num,i,x,y;

num=strlen(s); /*获取字符串长度*/

x=0,y=0;

for(i=0;i {

WriteHz(s[i],s[i+1],x,y);

x+=16;

if(x>=640) {y+=16;x=0;}

}

}

void WriteHz(unsigned char left,unsigned char right,int x,int y)

{

unsigned char bit[8]={128,64,32,16,8,4,2,1};

int i,j;

GetHzBit(left,right);

for(i=0;i<16;i++)

for(j=0;j<8;j++) /*和bit[]与操作以后，在屏幕上画点*/

{

if(bitdata[2*i]&bit[j]) putpixel(x+j,i+y,YELLOW);

if(bitdata[2*i+1]&bit[j]) putpixel(x+8+j,i+y,YELLOW);

}

}

void GetHzBit(unsigned char left,unsigned char right)

{

fpos=32L*((left-161)*94+(right-161)); /*获得字模在字库中的位置*/

fseek(fp,fpos,SEEK_SET);

fread(bitdata,32,1,fp); /*把该汉字字模读入到bitdata中*/

}

说明一点，上面用到的汉字库文件hzk16在UCDOS里可以找到，大小是262K。

三、中文模式下显示中文

这个问题比较简单，就是先进入UCDOS等类似的中文平台，然后一切和普通的字符串显示类似。看下面的程序：

main()

{

char *s=中华人民共和国;

printf(%s ,s);

getch();

}

5.高速数字电路中的信号完整性设计 篇五

1 信号完整性的相关研究介绍

所谓的信号完整性即Signal Integrity, 主要是指信号沿着传输线的一端传输到另外一端并成功接收之后, 然后对其完整的波形进行观测, 通过比较信号的输入和输出的电压和时序的响应能力。电路中的信号以某种既定的时序、时间以及电压等达成集成, 那么则表示该信号处于完整性。与之相反, 表示该信号的完整性遭到了破坏。对信号完整性的研究中主要针对信号的波形、电压、相互连线的作用和电气特性参数性能影响等内容。那么在实际的研究过程中对于信号的完整性进行分析信号的单一网络质量、多网络间串扰、电源和地分配的轨道塌陷以及系统的电磁辐射和电磁干扰等。高速数字电路信号在进行完整性设计的时候, 由于科学界没有解决好从直流到毫米微波的超宽频快速变化信号, 而且也有纵横交错的超细微互相连接封装的结构, 形成了复杂的电磁场。

2 高速数字系统相关介绍

随着计算机技术的不断发展, 计算机性能得到了极大的飞跃, 尤其是在处理芯片的发展上, 主要根据衡量芯片的时钟频率作为指标来衡量其性能。由于光刻法会造成时钟的频率出现越来越高的趋势, 同时也会产生尺寸较小的晶体管门沟道, 这会给信号的完整性带来非常严重的影响。随着时钟频率不断提高, 需要更长的读取数据线或者时钟线, 并且还需要足够的时间来读取处于高低电平状态的信号。在此过程中需要很短的时间进行信号转换, 但是随着信号不断上升而减小, 信号的完整性就更难解决。我们在对时钟的频率范围进行限定, 以此来确定高速数字, 衡量一个数字电路是否属于高速, 则需要根据数字信号的上升和下降的时间来进行确定。转折频率与数字上升的时间存在着关联, 但是与时钟频率却无关。

Fknee=0.35 (或0.5) /Tr, 其中Fknee表示的是转折频率, 数字的脉冲能量大部分集中在此频率之下;Tr表示的是脉冲上升时间。任何的数字信号的时域特性均是由Fknee频率下的信号所决定。Fknee可以通过将时间与频率联系起来作为数字信号含频率的实际边界。

3 基于信号完整性的高速数字系统设计方案

3.1 新产品的设计方案

新产品在设计的时候如果忽略了信号的完整性, 那么势必会造成开发的进度推后, 同时也会造成开发费用升高, 而且可能导致产品无法制造出来。从传统的制造来看, 一个新的产品设计方案通常缺少了实时、有效、定量的分析和评估, 那么只有通过设计经验来进行项目产品评估。因此我们在设计新方案的时候要消除信号完整性的问题, 并且在产品设计周期中要尽量的消除此问题。

3.2 信号完整性分析模型以及工具介绍

对于高速数字电路信号完整性的设计主要有建模、仿真以及特征参数化几个方面。其中建模选择有源器件的模型和无源器件模型, 通过此两种不同的模型完成高速数字电路信号完整性设计, 值得注意的是:有源器件模型通常与SPICE模型兼容, 也会与输出和输入缓冲接口兼容。对于高速数字电路中的信号完整性设计中仿真工具的使用, 常会有电路仿真器、行为仿真器、电磁仿真器等等几类。其中电路仿真器在时域频域中实现对电路元件对应差分方程进行求解, 以此来对各个电路节点完成电压和电流的预测。通过电路仿真器可以表示出各个导体与电介质之间转化而成的电容、电阻以及电感之间的耦合关系。行为仿真器往往是在时域内采用表格、传输线等模型来表示传递函数的无源元件模型, 根据传递函数预测出各个节点之间的电流和电压。电磁仿真器则主要是时域或者频域范围中实现方程求解并且仿真出各个位置的磁场和电场。

4 结语

伴随着电子通信技术的快速发展, 高速数字系统在设计上与以往有着很大的不同, 其主要的不同点表现在集成的规模变得越来越大, 而且I/O数量越来越多, 单板的互连密度逐渐加大。随着时钟频率不断变高, 信号的边缘速率变得越来越快, 致使系统与单板信号的完整性受到影响。从市场的研发以及产品在市场上的推广来看, 一次性的设计成功就显得非常重要, 那么从根本上解决信号的完整性问题将对于产品的影响非常大。

摘要：随着电子技术的不断发展, 高速数字电路在发展获得了极大的机遇。加上近年来, 我国在高科技领域快速发展, 加速了高速数字电路的发展。通过高速数字电路的快速发展, 建立一个高速的数据系统, 确保数据的正确传输, 当前高速数字电路中的信号完整性设计已经成为了一个热点性问题。本文主要针对高速数字电路信号完整性的相关概念进行论述, 并且给出了相应的设计方案讨论。

关键词：高速数字电路,信号完整性,设计

参考文献

[1]李小荣.高速数模混合电路信号完整性分析与PCB设计[D].杭州电子科技大学, 2010.

[2]桂亮.信号完整性研究及其在网络视频监控终端中的应用[D].浙江工业大学, 2012.

[3]郭褚冰.基于企业级路由器硬件系统的高速信号完整性分析与设计[D].重庆大学, 2013.