时系统中PCB板级信号完整性分析与仿真

高速实时系统中PCB板级信号完整性分析与仿真作者：曹小秋，刘李明，曾金，肖彤，CaoXiaoqiu，LiuLiming，ZengJin，XiaoTong作者单位：北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京,100124刊名：电子测量与仪器学报英文刊名：JOURNALOFELECTRONICMEASUREMENTANDINSTRUMENT年，卷(期)：2008，22(z2)被引用次数：0次参考文献(3条)1.BrcoksD.刘霄波.赵岩信号完整性问题和印制电路板设计20052.张海凤HyperLynx仿真与PCB设计20053.乔洪高速PCB串扰分析及其最小化[期刊论文]-电子质量2005(11)相似文献(10条)1.期刊论文秦德淳.陈雷.蒲有珠.QINDe-chun.CHENLei.PUYou-zhu基于信号完整性分析的阻抗匹配问题研究-科学技术与工程2008,8(4)在信号完整性问题越来越被人们所关注的背景下,阐述了阻抗匹配与信号完整性之间的关系,探究了阻抗匹配的原因、目的,以及应用于电路设计的一些经验法则.介绍了在电路设计中实现阻抗匹配的部分方法.并在此基础上,对两个电路进行了ADS仿真分析,验证了两条电路设计经验法则.2.学位论文孙渊圆信号完整性分析中反射的研究与应用2009随着电子技术和集成电路技术的不断进步，数字系统的时钟速率越来越高，信号边缘速率越来越快，PCB系统已不再像以往设计中仅仅只是支撑电子元器件的平台，而变成了一个高性能的系统结构。从电气性能角度看，高速信号间的互连不再是畅通和透明的了，高速PCB的导线互连和板层特性对系统的影响已不能被简单忽略。如何处理由高速信号互连线引起的反射、串扰、开关噪声等信号完整性问题，确保信号传输的质量，是一个设计能否成功的关键。本文主要研究信号完整性问题中的反射，并将其应用于显卡的RGB输出电路中，主要进行了工作如下：br　　1、本文基于信号完整性基本理论，对反射、串扰和同步开关噪声等信号完整性问题进行分析。分析这些问题产生的原因以及各种相应问题的解决方法。br　　2、分析了反射产生的机理。重点分析了短串接传输线产生的反射，容性负载的反射，感性突变产生的反射以及分析这些反射在何种情况下将会对系统信号完整性造成影响，通过分析反射产生的机理对通常情况下降低反射噪声的一些方法进行深入的研究，例如我们可以使用点对点拓扑的通用端接策略来减小反射。br　　3、用PSPICE软件对RGB输出电路滤波器进行仿真。不断地改变滤波器的电容电感值，从而得出在何种情况下电路能够达到较为完美的阻抗匹配，当阻抗达到匹配状态时，信号将不会产生反射。分析时域仿真波形及频域仿真波形，得出当信号的上升时间越短，信号的带宽就会越宽，从而信号的质量将会越好。br　　4、对显卡RGB输出电路进行分析、仿真和测试。对电路进行不断分析与改进，提出切实可行的阻抗匹配方案，以及减小反射噪声的方法。使用PSPICE软件对电路进行仿真，从而验证设计能够达到阻抗匹配。最后通过实际测试波形证明所提出控制反射的方法的正确性。3.期刊论文庄良.张涌.ZHUANGLiang.ZHANGYong有效设计阻抗匹配电路改善数字电路信号传输的完整性-电测与仪表2006,43(2)信号完整性理论在高速数字电路设计中日益被重视,阻抗匹配在信号完整性理论中占有重要地位.本文简介阻抗匹配影响信号完整性的原因,并结合实际电路设计阐述使用LineSim软件有效设计阻抗匹配电路的方法.仿真结果表明,应用LineSim设计阻抗匹配电路能够改善数字电路信号完整性,并且提高设计效率.4.期刊论文曲锋.刘建卓.郭帮辉.王健.张艳超.孙强.QUFeng.LIUJian-zhuo.GUOBang-hui.WANGJian.ZHANGYan-chao.SUNQiang手持式红外热像仪系统中视频信号传输反射问题的研究-科学技术与工程2010,10(22)随着数字电路信号速度的提高,信号完整性,尤其是信号反射的影响也愈加突出.为解决手持式红外热像仪系统中视频信号传输反射的问题,对信号完整性理论进行了研究,并提出了采用端接匹配电阻来减少信号反射的方法.利用EDA工具的信号完整性仿真功能,对该系统进行理论分析和软件仿真.仿真结果表明,端接电阻的设计方案能有效减少信号反射带来的影响.EDA软件仿真能提前发现系统设计中的缺陷,不仅有效地缩短了硬件的开发周期,还大大降低了研发费用.5.学位论文郑常斌PCB信号完整性分析与设计2008为了满足人们对电子设备小型化和多功能化的要求，现代印制电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)正向高速、高密度、高集成度的方向发展。当信号速率和元器件密度提高到一定程度时，PCB上的寄生效应会在传输信号上引起噪声和干扰，使得信号完整性问题变得越来越突出。如果没有良好的信号完整性，PCB就不能良好的工作，甚至根本不能工作。这就要求在电子产品开发的PCB设计阶段就必须进行良好的信号完整性设计。因此，研究如何做好PCB信号完整性分析与设计成为了PCB设计领域内的一个研究热点。信号完整性(SignalIntegrity，SI)问题主要包括串扰、信号反射和电磁干扰。针对PCB设计中的实际问题，本论文主要对串扰和反射做了深入的研究，并对PCB信号完整性分析与设计方法做了全面的探讨。论文的主要工作如下：1．简要分析了串扰机理，利用HyperLynx研究了PCB微带线和带状线情况下的前向串扰和后向串扰，仿真发现带状线下的串扰要显著低于微带线下的串扰。2．应用HFSS(HighFrequencyStructureSimulator)建立了两条平行微带线间串扰的仿真模型，进而研究了PCB微带线间的串扰随信号频率、并行长度、线间距离、参考层高度等参数的变化而变化的规律，并根据研究结果指出通过减小并行长度、增大线间距离、减小参考层高度可以有效地抑制串扰；此外，提出了应用“隔离带”减小串扰的方法，仿真显示良好接地的隔离带可以有效地降低信号线间的串扰。3．PCB设计过程中，密集的过孔导致参考层不完整、模拟地和数字地隔离而在参考层上形成缝隙是经常遇到的两种情况。针对这种情况，本文研究了信号线跨越缝隙时的串扰。研究发现当信号线跨越参考层上的缝隙时，串扰会显著恶化。然后通过仿真验证了在信号线正下方为信号提供良好的电连接作为回流路径可以有效地减小串扰。4．分析了信号反射的形成机理，比较了抑制信号反射的终端阻抗匹配端接技术，并给出了不同终端阻抗匹配端接技术抑制信号反射的仿真结果。通过以上研究工作，论文得出了解决PCB上的串扰和信号反射等信号完整性问题的方法和设计规则，对PCB工程设计具有一定的指导意义。6.期刊论文郭金库.刘光斌.邱迎峰利用软件仿真的方法研究信号完整性问题-电子质量2004,(5)本文通过软件仿真的方法研究了信号完整性问题中的信号反射和阻抗匹配.给出了一种利用仿真估计电路临界频率和电缆(传输线)特性阻抗的方法.7.期刊论文郭金库.刘光赋.邱迎峰利用软件仿真方法研究信号完整性问题-天津通信技术2004,(3)通过软件仿真的方法研究了信号完整性问题中的信号反射和阻抗匹配.给出了一种利用仿真估计电路临界频率和电缆(传输线)特性阻抗的方法.8.学位论文朱士阑数字电视接收机中的信号完整性和时序设计2009在数字电视系统中，很高的时钟频率和高速的数据传输对系统的时序设计和信号完整性(SI)设计提出了苛刻的要求。普遍问题是随着DDR2频率的提升，性能虽然能得到提高，但却变得更不稳定。系统不稳定，易崩溃的原因有多种多样，主要的有，一是原有的时序设计已不能匹配现在的频率，导致逻辑出错；二是信号完整性问题引起的信号反射、振铃和地反弹，影响了信号的传输质量。本文题旨在于结合TridentQx高速数字电视接收机系统，研究了DDR2的时序，经过严谨的计算，设计了一套全新的时序控制方法，以达到时序的匹配问题。对于信号完整性，本文研究了HDMI和DDR2。阻抗控制、参考平面、电源和ODT技术是控制HDMI和DDR2信号完整性的有效手段。本文首先介绍了数字电视发展概况，阐述了设计中时序和信号完整性问题现状。接着研究了TridentQx系统，包括Qx基本框架和MI接口，以及外部存储器DDR2的工作原理和功能框图。第三部分重点设计了Qx存储单元的关键时序，给出了初始化时序、读写时序控制、同步时钟的时序分析等。第四部分是对Qx系统的信号完整性分析，包括HDMI的信号反射、阻抗匹配和最后的测试验证。然后对DDR2的信号完整性进行了研究，并结合实例，对该解决方案作了仿真分析和简要总结。时序和信号完整性的解决，使得TridentQx解决方案，兼具高性能和高稳定性，同时也能满足国际各大厂商对电子产品的严格标准。这对产品本身的推广是具有积极意义的。9.期刊论文张利芬.ZHANGLi-fen时钟系统信号完整性的实际案例分析-计算机工程2008,34(z1)介绍高频时钟系统的逻辑设计、PCB设计原则以及抗干扰设计,结合实例论述了阻抗匹配的重要性以及阻抗失配带来的后果.10.学位论文郑小钦基于信号完整性分析的SAS扩展器设计2008存储接口串行化已成为高性能I/O技术的发展趋势，SAS是新兴的串行磁盘连接技术。SAS接口芯片、适配器、硬盘驱动器和SAS扩展器构成一个SAS存储系统，其中，SAS扩展器是这个系统中的核心设备，实现多发起端至多目标端的数据交换，数据传输速率高达3Gbps。高传输速率提高了存储系统的性能，同时也带来信号串扰的隐患，导致数据传输出错的可能性增加。另外，集成电路开关速度的提高以及PCB板密度的增加，也使得元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、传输线在PCB板上的拓扑结构等因素引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，影响系统的互通性。必须在高速PCB设计过程中充分考虑这些因素，并采取相应的控制措施，保证信号的完整。本研究对高速电路设计和高速PCB设计技术进行了研究和分析，目标设备是能在SAS存储系统中稳定工作的高质量SAS扩展器。反射、串扰、同步开关噪声等主要信号完整性问题在文中进行了深入剖析，针对实际项目提出了潜在的问题；对传输线阻抗计算方法进行了探讨，提出了阻抗匹配的策略；研究了信号层间串扰的解决办法，设计最佳板层堆栈，并对差分信号线实行等长匹配；在对高速数据连接器、过孔、传输线的模型建立的基础上，借助EDA软件对关键网络进行仿真，反复比较得出最优端接策略，形成最佳布局布线指南。对设计的处理过程中，不拘泥于单一的模型和芯片商提供的设计标准，采取了多种模型相结合的灵活方式。基于信号完整性分析的SAS扩展器设计，将信号完整性问题解决在制板之前，不仅缩短了研发周期，降低了研发成本，也进一步验证了信号完整性分析在高速PCB设计过程中的重要性。本文链接：：中科院半导体研究所(中科院半导体研究所)，授权号：7986fc85-cedc-4083-90e1-9e1b0119b34c下载时间：2010年10月26日