设备信号完整性分析调试

时间:2023年04月21日 来源:

   信号完整性是对于电子信号质量的一系列度量标准。在数字电路中,一串二进制的信号流是通过电压(或电流)的波形来表示。然而,自然界的信号实际上都是模拟的,而非数字的,所有的信号都受噪音、扭曲和损失影响。在短距离、低比特率的情况里,一个简单的导体可以忠实地传输信号。而长距离、高比特率的信号如果通过几种不同的导体,多种效应可以降低信号的可信度,这样系统或设备不能正常工作。信号完整性工程是分析和缓解上述负面效应的一项任务,在所有水平的电子封装和组装,例如集成电路的内部连接、集成电路封装、印制电路板等工艺过程中,都是一项十分重要的活动。信号完整性考虑的问题主要有振铃(ringing)、串扰(crosstalk)、接地反弹、扭曲(skew)、信号损失和电源供应中的噪音。什么时候需要考虑信号完整性问题呢?设备信号完整性分析调试

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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。 信号完整性分析调试高速数字电路的信号完整性分析;

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要想得到零边沿时间的理想方波,理论上是需要无穷大频率的频率分量。如果比较高只考 虑到某个频率点处的频率分量,则来出的时域波形边沿时间会蜕化,会使得边沿时间增大。

如,一个频率为500MHz的理想方波,其5次谐波分量是2500M,如果把5次谐波以 内所有分量成时域信号,贝U其边沿时间大概是0.35/2500M=0.14ns,即140ps。

我们可以把数字信号假设为一个时间轴上无穷的梯形波的周期信号,它的傅里叶变换。

对应于每个频率点的正弦波的幅度,我们可以勾勒出频谱包络线.

信号完整性改善方法:

-添加电源滤波电容和电源抗性;

-添加信号滤波器;

-减少线路长度;

-减少单板上的信号层间距离;

-加强屏蔽接地,减少电磁辐射干扰;

-使用差分信号传输,减少串扰。

综上所述,理解信号完整性的基础知识并掌握常用的测试方法,对于设计高速数字系统以及解决信号干扰和失真问题非常重要。

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。 信号完整性问题,信号完整性的定义;

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信号的能量大部分集中在信号带宽以下,意味着我们在考虑这个信号的传输效应时, 主要关注比较高频率可以到信号的带宽。

所以,假如在数字信号的传输过程中可以保证在信号的带宽(0.35亿)以下的频率分量(模 拟信号)经过互连路径的质量,则我们可以保证接收到比较完整的数字信号。

然而,我们会在下面看到在考虑信号完整性问题时由于传输路径阻抗不连续对信号的反 射,损耗随频率的增加而增加的特性等因素,这些频率分量在传输时会有畸变,从而造成接 收到的各个频率的分量叠加在时并不能完全保证复现原有的时域的数字信号。 信号完整性测试项目可以分为几大类;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调试

3、信号完整性的设计方法(步骤)掌握信号完整性问题的相关知识;系统设计阶段采用规避信号完整性风险的设计方案,搭建稳健的系统框架;对目标电路板上的信号进行分类,识别潜在的SI风险,确定SI设计的总体原则;在原理图阶段,按照一定的方法对部分问题提前进行SI设计;PCB布线阶段使用仿真工具量化信号的各项性能指标,制定详细SI设计规则;PCB布线结束后使用仿真工具验证信号电源等网络的各项性能指标,并适当修改。

4、设计难点信号质量的各项特征:幅度、噪声、边沿、延时等。SI设计的任务就是识别影响这些特征的因素。难点1:影响信号质量的因素非常多,这些因素有时相互依赖、相互影响、交叉在一起,抑制了某一因素可能会导致其他方面因素的恶化,所有需要对各因素反复权衡,做出系统化的综合考虑;难点2:有些影响信号传输的因素是可控的,而有些是不可控的。 设备信号完整性分析调试

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