设备信号完整性分析系列

传输线理论基础与特征阻抗

传输线理论实际是把电磁场转换为电路的分析来简化分析的手段，分布式元件的传输线 电路模型传输线由一段的RLGC元件组成。

为了更简便地分析传输线，引入特征阻抗的概念，由特征阻抗来进行信号传输的分析。 将传输线等效成分段电路模型后，可以用电路的理论来求解。

特征阻抗，或称特性阻抗，是衡量PCB上传输线的重要指标。PCB传输线的特征/ 特性阻抗不是直流电阻，它属于长线传输中的概念。

可以看到特征阻抗是一个在传输线的某个点上的瞬时入射电压与入射电流或者反射电 压与反射电流的比值。和传输阻抗的概念并不一致，传输阻抗是某个端口上总的电压和电流的 比值。只有在整个传输路径上阻抗完全匹配且没有反射存在的情况下，特征阻抗才等于传输阻 抗。 克劳德高速数字信号测试实验室信号完整性的测试方法、系统、装置及设备与流程；设备信号完整性分析系列

PCB的信号完整性问题主要包括信号反射、串扰、信号延迟和时序错误。

1、反射信号在传输线上传输时，当高速PCB上传输线的特征阻抗与信号的源端阻抗或负载阻抗不匹配时，信号会发生反射，使信号波形出现过冲、下冲和由此导致的振铃现象。过冲（Overshoot）是指信号跳变的个峰值（或谷值），它是在电源电平之上或参考地电平之下的额外电压效应；下冲（Undershoot）是指信号跳变的下一个谷值（或峰值）。过大的过冲电压经常长期性地冲击会造成器件的损坏，下冲会降低噪声容限，振铃增加了信号稳定所需要的时间，从而影响到系统时序。

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信号完整性是指保证信号在传输路径中受到少的干扰和失真以及在接收端能够正确解码。在高速数字系统中，信号完整性是保证系统性能和可靠性的关键因素。本文将介绍信号完整性的基础知识。

1. 信号完整性相关参数：

-上升时间：信号从低电平变为高电平所需的时间；-下降时间：信号从高电平变为低电平所需的时间；-瞬态响应：信号从一种状态切换到另一种状态时的响应；-带宽：信号能够通过的频率范围；-截止频率：信号频率响应的边缘频率，信号经过该频率时会有很大的衰减；-抖动：时钟信号在传输路径中存在的时间偏差；-串扰：信号在传输路径中相互干扰的现象；-辐射干扰：高速电路产生的电磁辐射干扰其他电路的现象；

信号完整性分析

当产品设计从仿真阶段进展到硬件环节时，您需要使用矢量网络分析仪（VNA）来测试高速数字互连。首先，您需要对通道、物理层设备、连接器、电缆、背板或印刷电路板的预期测量结果有所了解。在获得实际测量结果之后，再将实际结果与这个预期结果进行比较。我们的目标是，通过软件和硬件来建立可靠的信号完整性工作流程。硬件测量步骤包括仪器测量设置，获取通道数据，以及分析通道性能。

对于矢量网络分析仪（VNA）等高动态范围的仪器，您需要了解误差校正，才能确保准确的S参数测量。误差校正包括校准（测量前误差校正）和去嵌入（测量后误差校正）。通过调整校准和去嵌入的参考点检查通道中除了DUT之外的所有节点项目。 探索和设计信号完整性解决方案；

3. 电路模型

模拟电路模型是描述数字信号传输途中信号失真的基本工具。简单的模拟电路模型是传输线，它描述了信号在电线上传输的过程中可能遇到的电路效应，包括电容、电感、电阻等。

4. 分析方法

对于信号完整性的分析，可以采用几种不同的方法来评估系统中信号的失真和其他问题。常用的方法包括传输线建模、频率响应分析和时钟失真分析。

总之，信号完整性是高速数字系统设计中的一个关键问题，它需要设计人员了解基本概念、常见的失真类型和相应的分析方法。通过对信号完整性进行分析和优化，可以确保数字系统在传输和处理高速数据时能够满足性能和可靠性要求。 高速电路信号完整性分析；测量信号完整性分析调试

什么是信号完整性分析？设备信号完整性分析系列

什么是信号完整性

信号完整性(Signal Integrity)可以泛指信号电压、电流在互连结构传输过程中的信号质 量问题，包括噪声、干扰及由其造成的时序影响等。

什么时候需要考虑信号完整性问题呢？

一般来说，传统的电路学理论适用于信号互连的电路尺寸远小于传输信号中设计者所关 心的比较高频率所对应波长的电路结构分析。此时，信号的互连等效于一阶电路元件，被称为 集总元件(Lumped Elements):反之，当信号互连的电路尺寸接近传输信号中设计者所关心 的比较高频率所对应的波长时，由于互连路径上不同位置的电压或电流的大小与相位均可能不 同，信号的互连等效于多阶电路元件，因而被称为分布式元件(Distributed Elements)。在数 字世界中，边沿速率几乎完全决定了信号中的比较大的频率成分，通常从工程经验认为当信号 边沿时间小于4〜6倍的互连传输时延时，信号互连路径会被当作分布参数模型处理，并需要 考虑信号完整性的行为。

实世界里的数字信号并不只是0或1的表现，一定会存在从0到1或从1到0的跳变 过程。 设备信号完整性分析系列