信号完整性分析
目录
- 前言
- 一、信号完整性SI
- 1.1 信号失真
- 1.2 串扰
- 1.3 衰减
- 二、电源完整性PI
- 2.1 地弹
- 2.2 电源轨道塌陷
- 三、电磁兼容EMC
- 3.1 电磁辐射
- 3.2 抗干扰
前言
本篇介绍信号完整性分析的知识体系，以及部分分析方法。
什么是信号完整性?通俗来讲，信号在互连线的传输过程中，会受到互连线等因素的相互作用而使得信号发生波形畸变的一种现象，这时可以说信号在传输中被破坏了，变得“不完整”。信号完整性没有一个唯一的规范定义，从广义上讲，指的是信号在高速产品中由互连线引起的所有问题。
为什么研究信号完整性？在低速信号中，一个干扰占据脉冲的时间很短。随着科技水平迅速发展，芯片频率和信号传输速率不断提高，核心电压越来越低，噪声容限降低，对信号完整性的要求越来越高。所以需要对高频（100MHz以上）产品（如DDR、HDMI等）的信号质量要严格把控，对于弱电项目，主要是PCB上信号的处理。
怎么研究信号完整性？首先在设计之初，就要把信号完整性分析考虑进去。然后利用专门的仿真工具，如电磁仿真（Ansys HFSS、Keysight ADS、Hyperlynx）、电路仿真（LTSpice、PSPice、Tina、Multisim）、数值计算（SI9000、Saturn PCB Toolkit、EDA自带工具、在线计算工具），进行系统建模，最后使用阻抗分析仪、矢量网络分析仪、时域反射计等进行测量。
最后有哪些研究方向和需要什么基础知识？主要有三大研究领域，分别为：信号完整性SI、电源完整性PI和电磁兼容EMC。在研究这些方向，我们需要了解信号的时域和频域（周期、频谱、带宽、傅里叶变换等）、阻抗以及传输线（串扰、差分线、衰减等等）
一、信号完整性SI
1.1 信号失真
- 控制阻抗
- 阻抗匹配
1.2 串扰
- 增大线间距
1.3 衰减
- 短而宽的连线
- 低介电常数PCB材料
二、电源完整性PI
2.1 地弹
减小返回路径电感
2.2 电源轨道塌陷
- 电源轨道上的电压变化
- 降低电源分配网络阻抗
三、电磁兼容EMC
3.1 电磁辐射
- 减小地阻抗
- 减小共模电流
3.2 抗干扰
- 滤波
- 屏蔽