信號完整性知識基礎(chǔ)(pdf)

現(xiàn)代的電子設(shè)計和芯片制造技術(shù)正在飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的復(fù)雜度、時鐘和
總線頻率等等都呈快速上升趨勢，但系統(tǒng)的電壓卻不斷在減小，所有的這一切加
上產(chǎn)品投放市場的時間要求給設(shè)計師帶來了前所未有的巨大壓力。要想保證產(chǎn)品
的一次性成功就必須能預(yù)見設(shè)計中可能出現(xiàn)的各種問題，并及時給出合理的解決
方案，對于高速的數(shù)字電路來說，最令人頭大的莫過于如何確保瞬時跳變的數(shù)字
信號通過較長的一段傳輸線，還能完整地被接收，并保證良好的電磁兼容性，這
就是目前頗受關(guān)注的信號完整性（SI）問題。本章就是圍繞信號完整性的問題，
讓大家對高速電路有個基本的認(rèn)識，并介紹一些相關(guān)的基本概念。

第一章 高速數(shù)字電路概述.....................................................................................5
1.1 何為高速電路...............................................................................................5
1.2 高速帶來的問題及設(shè)計流程剖析...............................................................6
1.3 相關(guān)的一些基本概念...................................................................................8
第二章 傳輸線理論...............................................................................................12
2.1 分布式系統(tǒng)和集總電路.............................................................................12
2.2 傳輸線的RLCG 模型和電報方程...............................................................13
2.3 傳輸線的特征阻抗.....................................................................................14
2.3.1 特性阻抗的本質(zhì).................................................................................14
2.3.2 特征阻抗相關(guān)計算.............................................................................15
2.3.3 特性阻抗對信號完整性的影響.........................................................17
2.4 傳輸線電報方程及推導(dǎo).............................................................................18
2.5 趨膚效應(yīng)和集束效應(yīng).................................................................................23
2.6 信號的反射.................................................................................................25
2.6.1 反射機理和電報方程.........................................................................25
2.6.2 反射導(dǎo)致信號的失真問題.................................................................30
2.6.2.1 過沖和下沖.....................................................................................30
2.6.2.2 振蕩：.............................................................................................31
2.6.3 反射的抑制和匹配.............................................................................34
2.6.3.1 串行匹配.........................................................................................35
2.6.3.1 并行匹配.........................................................................................36
2.6.3.3 差分線的匹配.................................................................................39
2.6.3.4 多負(fù)載的匹配.................................................................................41
第三章 串?dāng)_的分析...............................................................................................42
3.1 串?dāng)_的基本概念.........................................................................................42
3.2 前向串?dāng)_和后向串?dāng)_.................................................................................43
3.3 后向串?dāng)_的反射.........................................................................................46
3.4 后向串?dāng)_的飽和.........................................................................................46
3.5 共模和差模電流對串?dāng)_的影響.................................................................48
3.6 連接器的串?dāng)_問題.....................................................................................51
3.7 串?dāng)_的具體計算.........................................................................................54
3.8 避免串?dāng)_的措施.........................................................................................57
第四章 EMI 抑制....................................................................................................60
4.1 EMI/EMC 的基本概念..................................................................................60
4.2 EMI 的產(chǎn)生..................................................................................................61
4.2.1 電壓瞬變.............................................................................................61
4.2.2 信號的回流.........................................................................................62
4.2.3 共模和差摸EMI ..................................................................................63
4.3 EMI 的控制..................................................................................................65
4.3.1 屏蔽.....................................................................................................654.3.1.1 電場屏蔽.........................................................................................65
4.3.1.2 磁場屏蔽.........................................................................................67
4.3.1.3 電磁場屏蔽.....................................................................................67
4.3.1.4 電磁屏蔽體和屏蔽效率.................................................................68
4.3.2 濾波.....................................................................................................71
4.3.2.1 去耦電容.........................................................................................71
4.3.2.3 磁性元件.........................................................................................73
4.3.3 接地.....................................................................................................74
4.4 PCB 設(shè)計中的EMI.......................................................................................75
4.4.1 傳輸線RLC 參數(shù)和EMI ........................................................................76
4.4.2 疊層設(shè)計抑制EMI ..............................................................................77
4.4.3 電容和接地過孔對回流的作用.........................................................78
4.4.4 布局和走線規(guī)則.................................................................................79
第五章 電源完整性理論基礎(chǔ)...............................................................................82
5.1 電源噪聲的起因及危害.............................................................................82
5.2 電源阻抗設(shè)計.............................................................................................85
5.3 同步開關(guān)噪聲分析.....................................................................................87
5.3.1 芯片內(nèi)部開關(guān)噪聲.............................................................................88
5.3.2 芯片外部開關(guān)噪聲.............................................................................89
5.3.3 等效電感衡量SSN ..............................................................................90
5.4 旁路電容的特性和應(yīng)用.............................................................................92
5.4.1 電容的頻率特性.................................................................................93
5.4.3 電容的介質(zhì)和封裝影響.....................................................................95
5.4.3 電容并聯(lián)特性及反諧振.....................................................................95
5.4.4 如何選擇電容.....................................................................................97
5.4.5 電容的擺放及Layout ........................................................................99
第六章 系統(tǒng)時序.................................................................................................100
6.1 普通時序系統(tǒng)...........................................................................................100
6.1.1 時序參數(shù)的確定...............................................................................101
6.1.2 時序約束條件...................................................................................106
6.2 源同步時序系統(tǒng).......................................................................................108
6.2.1 源同步系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)...................................................................109
6.2.2 源同步時序要求...............................................................................110
第七章 IBIS 模型................................................................................................113
7.1 IBIS 模型的由來...................................................................................... 113
7.2 IBIS 與SPICE 的比較.............................................................................. 113
7.3 IBIS 模型的構(gòu)成...................................................................................... 115
7.4 建立IBIS 模型......................................................................................... 118
7.4 使用IBIS 模型......................................................................................... 119
7.5 IBIS 相關(guān)工具及鏈接..............................................................................120
第八章 高速設(shè)計理論在實際中的運用.............................................................122
8.1 疊層設(shè)計方案...........................................................................................122
8.2 過孔對信號傳輸?shù)挠绊?..........................................................................127
8.3 一般布局規(guī)則...........................................................................................1298.4 接地技術(shù)...................................................................................................130
8.5 PCB 走線策略............................................................................................134