第11章 利用DXP進(jìn)行信號(hào)完整性分析
    教學(xué)提示：本章主要介紹了ProtelDXP進(jìn)行信號(hào)完整性分析的方法和步驟。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，讀者可以掌握信號(hào)完整性分析的基本概念和基本處理技巧，為高速PCB設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
    教學(xué)目標(biāo)：通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下要求：
    1）了解信號(hào)完整性分析的概念；
    2）了解信號(hào)完整性分析的常見(jiàn)解決方法；
    3）掌握利用DXP進(jìn)行信號(hào)完整性分析的方法。
    11.1 信號(hào)完整性簡(jiǎn)介
    信號(hào)完整性（signalintegrity，簡(jiǎn)稱SI）是指在信號(hào)線上傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量。差的信號(hào)完整性不是由某一單一因素導(dǎo)致的，而是由板級(jí)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起的。主要的信號(hào)完整性問(wèn)題包括反射、振鈴、地彈和串?dāng)_等。
    源端與負(fù)載端阻抗不匹配會(huì)引起線上反射，負(fù)載將一部分電壓反射回源端。如果負(fù)載阻抗小于源阻抗，反射電壓為負(fù)，反之，如果負(fù)載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。布線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過(guò)連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會(huì)導(dǎo)致此類反射。
    信號(hào)的振鈴（ringing）和環(huán)繞振蕩（rounding）由線上過(guò)度的電感和電容引起，振鈴屬于欠阻尼狀態(tài)而環(huán)繞振蕩屬于過(guò)阻尼狀態(tài)。信號(hào)完整性問(wèn)題通常發(fā)生在周期信號(hào)中，如時(shí)鐘等，振鈴和環(huán)繞振蕩同反射一樣也是由多種因素引起的，振鈴可以通過(guò)適當(dāng)?shù)亩私佑枰詼p小，但是不可能完全消除。
    在電路中有大的電流涌動(dòng)時(shí)會(huì)引起地彈，如大量芯片的輸出同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，將有一個(gè)較大的瞬態(tài)電流在芯片與板的電源平面流過(guò)，芯片封裝與電源平面的電感和電阻會(huì)引發(fā)電源噪聲，這樣會(huì)在真正的地平面（OV）上產(chǎn)生電壓的波動(dòng)和變化，這個(gè)噪聲會(huì)影響其他元器件的動(dòng)作。負(fù)載電容的增大、負(fù)載電阻的減小、地電感的增大、同時(shí)開(kāi)關(guān)器件數(shù)目的增加均會(huì)導(dǎo)致地彈的增大。
    振鈴和地彈都屬于信號(hào)完整性問(wèn)題中單信號(hào)線的現(xiàn)象（伴有地平面回路）。串?dāng)_則是由同-PCB上的兩條信號(hào)線與地平面引起的，故也稱為三線系統(tǒng)。串?dāng)_是兩條信號(hào)線之間的耦合，信號(hào)線之間的互感和互容引起線上的噪聲。容性耦合引發(fā)耦合電流，而感性耦合引發(fā)耦合電壓。PCB板層的參數(shù)、信號(hào)線間距、驅(qū)動(dòng)端和接收端的電氣特性及線端接方式對(duì)串?dāng)_都有一定的影響。表11.1 列出了高速電路中常見(jiàn)的信號(hào)完整性問(wèn)題與可能引起該信號(hào)完整性的原因，并給出了相應(yīng)的解決方案。
    在一個(gè)已有的PCB上分析和發(fā)現(xiàn)信號(hào)完整性問(wèn)題是一件非常困難的事情，即使找到了問(wèn)題，在一個(gè)已成形的板上實(shí)施有效的解決辦法也會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間和費(fèi)用。 
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