随着微电子技术和计算机技术的不断发展，信号完整性分析的应用已经成为解决高速系统设计的唯一有效途径。借助功能强大的Cadence公司SpecctraQuest仿真软件，利用IBIS模型，对高速信号线进行布局布线前信号完整性仿真分析是一种简单可行行的分析方法，可以发现信号完整性问题，根据仿真结果在信号完整性相关问题上做出优化的设计，从而缩短设计周期。
本文概要地介绍了信号完整性(SI)的相关问题，基于信号完整性分析的PCB设计方法，传输线基本理论，详尽的阐述了影响信号完整性的两大重要因素—反射和串扰的相关理论并提出了减小反射和串扰得有效办法。讨论了基于SpecctraQucst的仿真模型的建立并对仿真结果进行了分析。研究结果表明在高速电路设计中采用基于信号完整性的仿真设计是可行的, 也是必要的。
【关键字】
高速PCB、信号完整性、传输线、反射、串扰、仿真 Abstract
With the development of micro-electronics technology and computer technology，application of signal integrity analysis is the only way to solve high-speed system design. By dint of SpecctraQuest which is a powerful simulation software, it’s a simple and doable analytical method to make use of IBIS model to analyze signal integrity on high-speed signal lines before component placement and routing. This method can find out signal integrity problem and make optimization design on interrelated problem of signal integrity. Then the design period is shortened. In this paper，interrelated problem of signal integrity, PCB design based on signal integrity, transmission lines basal principle are introduced summarily．The interrelated problem of reflection and crosstalk which are the two important factors that influence signal integrity is expounded. It gives effective methods to reduce reflection and crosstalk. The establishment of emulational model based on SpecctraQucst is discussed and the result of simulation is analysed. The researchful fruit indicates it’s doable and necessary to adopt emulational design based on signal integrity in high-speed electrocircuit design.
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Key Words
High-speed PCB、Signal integrity、Transmission lines、reflect、crosstalk、simulation
目录
第一章 绪论………………………………………………………………………5 第二章 Candence Allegro PCB简介……………………………………………..6 2.1 高速PCB的设计方法……………………………………………………..6 2.2 SpecctraQuest Interconnect Designer在高速信号印刷板设计中的应用.7 2.3 PCB板的SI仿真分析……………………………………………………8 第三章 信号完整性分析概论……………………………………………………12 3.1 信号完整性（Signal Integrity）概念……………………………………12 3.2 信号完整性的引发因素………………………………………………….12 3.3 信号完整性的解决方案………………………………………………….14 第四章 传输线原理………………………………………………………………..15 4.1 传输线模型……………………………………………………………….15 4.2 传输线的特性阻抗……………………………………………………….16 第五章 反射的理论分析和仿真………………………………………………..19 5.1 反射形成机理…………………………………………………………….19 5.2 反射引起的振铃效应…………………………………………………….20 5.3 端接电阻匹配方式……………………………………………………….23 5.4 多负载的端接…………………………………………………………….28 5.5 反射的影响因素………………………………………………………….29 第六章 串扰的理论分析和仿真…………………………………………………34 6.1 容性耦合电流…………………………………………………………….34 6.2 感性耦合电流…………………………………………………………….35 6.3 近端串扰………………………………………………………………….36 6.4 远端串扰………………………………………………………………….38
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6.5 串扰的影响因素………………………………………………………….41 第七章 结束语……………………………………………………………………46 参考文献……………………………………………………………………………47 致谢…………………………………………………………………………………47 附录：A/D、D/A 采样测试板原理图和PCB板图……………………………...61
第一章 绪论
随着信息宽带化和高速化的发展，以前的低速PCB已完全不能满足日益增长信息化发展的需要，人们对通信需求的不断提高，要求信号的传输和处理的速度越来越快，相应的高速PCB的应用也越来越广，设计也越来越复杂。高速电路有两个方面的含义，一是频率高，通常认为数字电路的频率达到或是超过45MHZ至50MHZ，而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个系统的三分之一，就称为高速电路；二是从信号的上升与下降时间考虑，当信号的上升时小于6倍信号传输延时时即认为信号是高速信号，此时考虑的与信号的具体频率无关．高速PCB的出现将对硬件人员提出更高的要求，仅仅依靠自己的经验去布线，会顾此失彼，造成研发周期过长，浪费财力物力，生产出来的产品不稳定。
高速电路设计在现代电路设计中所占的比例越来越大，设计难度也越来越高，它的解决不仅需要高速器件，更需要设计者的智慧和仔细的工作，必须认真研究分析具体情况，解决存在的高速电路问题．一般说来主要包括三方面的设计：信号完整性设计、电磁兼容设计、电源完整性设计．
在电子系统与电路全面进入1GHz以上的高速高频设计领域的今天，在实现VLSI芯片、PCB和系统设计功能的前提下具有性能属性的信号完整性问题已经成为电子设计的一个瓶颈。从广义上讲，信号完整性指的是在高速产品中有互连线引起的所有问题，它主要研究互连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性能。
传统的设计方法在制作的过程中没有仿真软件来考虑信号完整性问题，产品首次成功是很难的，降低了生产效率。只有在设计过程中融入信号完整性分析，才能做到产品在上市时间和性能方面占优势。对于高速PCB设计者来说，熟悉信号完整性问题机理理论知识、熟练掌握信号完整性分析方法、灵活设计信号完整性问题的解决方案是很重要的，因为只有这样才能成为21世纪信息高速化的成功
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