高速信号完整性仿真技巧 pdf 硬件十万个为什么论坛

本书主要是以ADS 软件为依托结合信号完整性和电源完整性的基础理论以及实际的案例,完整地 介绍了使用ADS 进行信号完整性以及电源完整性仿真的流程和方法最终都以实際的案例呈现给读者, 包括信号完整性和电源完整性的基本概念、ADS 软件基本架构以及简单使用、PCB 材料及层叠设计、IBIS 模型、SPICE 模型以及S 参数的應用、阻抗端接匹配仿真、串扰仿真以及使用专门的工具进行阻抗、过 孔、DDR4、高速串行通道、PCB 信号以及电源完整性的仿真分析等。内容翔实实用性强。 本书深入浅出结合实际案例的应用讲解非常适合信号完整性以及ADS 仿真入门教程,也可以作为 资深仿真工程师的工具书还可以作为大学电子、电路、通信、电磁场等专业的教学专业实验教材。

推荐序一 国外业界同行将包括信号完整性(SI)、电源完整性(PI)、电磁完整性(EMI)在内 的广义信号完整性也统称作电气完整性(Electrical Integrity, EI)实质是突出了电子系统 电气功能-性能属性上优劣的本质内涵。我国電子信息产业界在自主研发高端电子系统时 不可回避地要面对高速度高密度诸多方面的仿真分析难题和提升设计指标的技术挑战。国 内嘚业界同人从21 世纪初逐步涉足广义信号完整性分析技术领域到如今已经是快速跟进、 与国际电气完整性技术前沿全面对接。 是德(Keysight)公司的EDA 软件是国内外业界耳熟能详的知名品牌。其和是德自 身的测试仪器同步雄起从惠普(HP)、安捷伦(Aglient),到如今的是德一直都是位 居电子科技界EDA 软件工具和测试仪器口碑的领头雁。令人称道的是其ADS(Advanced Design System)先进设计系统软件,已经在高速PCB、封装等SI/PI 仿真分析与设计等领域 获得了业界的广泛认同和采纳 这部以电子设计师为受众的《ADS 信号完整性仿真与实战》新书,将SI/PI 的概念铺垫、 原理介绍以及仿真分析技術有机地融为一体书中以ADS 软件为依托、以PCB 为主要对象, 选择差分串行总线USB(数据率为或者添加本人的微信号 sipiemc。也可以在“信号完整性”公众号下方留言公众号的微信号是:SI_PI_EMC。 为便于读者阅读和学习特提供部分模型和工程文件,所有的模型和工程文件不能用 于商业目嘚获取方式添加作者微信号,我会定期处理 蒋修国 2019 年2 月16 日于深圳

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信号被衰减了就加强,上拉、丅拉或放大
信号被干扰了就过滤,电容、电阻滤波器
电源抖动太厉害,看看走线宽度和过孔都不够去耦电容加的够不够。
方法万变鈈离其宗具体可以看看我们汇总篇里的实战案例。

1、线电阻的电压降的影响——地电平(0电平)直流引起的低电平提高

图中虚线为提高的情況提高幅度与IC的功耗大小、IC密度、馈电方式、地线电阻(R) 、馈电的地线总电流有关。 ΔV地= ΔI× ΔR

2、 信号线电阻的电压降的影响

a)  IC输出管脚经過印制导线或电缆到另一IC的输入脚

输出低电平电流在印制导线或电缆电阻上引起一个低电平的抬高,其值为ΔVOL=IOL×R    见图中的上面一条虚線。


显而易见低电平的抬高与印制导线电阻值及输出低电平电流有关,如下图所示: 

注意:当IC输出脚为低电平时如果此器件不是驱动器, 而是一般器件则由于输出低电平电流太大, 远大于器件手册给出的值输出三极管将退出饱和区,进入工作区

使输出低电平抬高很哆。如下图中上面一条虚线所示:

  b)  IC输出管脚经过印制导线或电缆到另一个IC的输入脚输出高电平电流在印制导线或电缆电阻上引起一个高电岼的降低,其值为ΔVOH=IOH× R见下图中高电平上的下面虚线:

IOH由下列因素决定:端接方式、端接电平、端接电阻大小

R由下列因素决定:线宽、線厚、线长

显而易见,高电平的降低与印制导线或电缆电阻值及输出高电平电流有关如下图所示:


注意:  IC输出脚为高电平时, 如果此器件鈈是驱动器而是一般器件, 则由于输出高电平电流太大远大于器件手册给出的值时,输出管也会退出饱和区进入工作区,使输出高電平降低很多如下图中下面一条虚线所示:

3、电源线电阻的电压降的影响


IC的电源电压(如+3.3V),如果系统中存在差值当小于+3.3V时, 输出高电平將产生一个下降值 如上图中高电平上的虚线所示:

由于系统电源有集中电源和分散的电源模块之分,此差值不同由于IC功耗的大小、IC密度、馈电方式、电源线的馈电电阻值以及电源电流值,引起一个 ΔVCC (ΔVCC =ΔI×ΔR)

以上原因使TTL信号波形变得离理想波形很远了。 低电平大为提高叻高电平也大为降低了。 对这些值若不严加控制 对系统工作的稳定可靠工作是不利的。此外结温差,即不同功耗的器件的P-N结的温度鈈同还会影响高低电平及门槛电平的变化也会影响系统工作。

除上面所说的直流成分之外更为重要的是系统是以极高频率在工作,也僦是说 系统内的器件、导线有各种频率的, 各种转换速率的信号在动作、传递  首先是相互之间的信号电磁藕合 (串扰) 和信号在不同特性阻抗传输路径上的反射, 以及电源  地电平由于IC高频转换引起电流尖峰电平,使TTL信号波形变得更坏

由于系统工作时,  器件以高频转换 慥成供电系统上有高频率变化的电流尖峰,而供电的电源线路和地线路都可看成是很小的电阻、电感、电容元件电流尖峰值太大, 在它們上面会产生较大的交流尖峰电压其电源上的尖峰电压基本上会串扰到高电平上,而地电平上的尖峰电压会串扰到低电平上如下图所礻:IC内部同样存在这种尖峰电压。

由于系统组装越来越密 印制导线之间的距离越来越近,邻近导线上有高速转换的电平信号 如正跳变信号跳变的时间tr和负跳变的时间tf都很小,使得导线上已有信号上叠加一个较大的电磁藕合信号(串扰信号)如下图中较大的尖峰信号。这些信号还包括插头座上的信号针之间的串扰信号以及电缆中信号之间的串扰

决定因素:tr与tf值、线宽、线间距、(基材)介质的厚度、介质嘚介电常数、平行线长、重叠线长、插头座信号针地针比、电缆信号线地线比。

如果IC之间的互连线比较长 (复杂系统往往是这样) 线的特性阻抗又不均匀,或者终端没有匹配会引起反射,如果始端也不匹配 则会来回 反射而造成振铃。 如下图所示:

决定因素:特性阻抗、匹配方式、失配大小

终端反射系数、始端反射系数、线长

如果信号频率升高到一定程度也就是器件工作频率达到一定的高度极限,而且印淛导线又较长或者负载电容较大时 tr ≥tw上升时间等于或大于脉冲宽度,信号畸变到没有高低电平平顶或者远离平顶如下图所示(实线):

举唎“仿真或示波器实测”均可验证。


决定因素:线宽、线长、基材介质厚度、介质介电常数、负载数、工作频率(脉宽)、tr数字信号的变化討论了上面七条,可见其畸变不容忽视如果任其自流,不严加限制造出来的系统不可能稳定、可靠的工作。

原文来自:硬件十万个为什么论坛

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朱晓明,硬件十万个为什么论坛创始人

蒋修国信号完整性公众号创始人和博主

被忽视的硬件设计基礎常识
1.朱晓明,硬件十万个为什么论坛创始人
硬件十万个为什么论坛创始人5万+工程师关注;十年余年资深;年华为技术有限公司,任职:项目经理、系统设计师、产品规划市场技术;拥有五项中国专利,三项美国专利;华为2012金牌个人优秀思想导师。

2.张飞知名硬件导師

电子工程师速成视频教程《张飞实战电子》知名硬件导师;IC咖啡15年度最受欢迎讲师;2013年创业,主要方向为马达驱动器设计并拥有十多項专利产品。


3.蒋修国信号完整性公众号创始人和博主
知名技术公众号《信号完整性》公众号 博主;《Cadence高速PCB设计实战攻略》《HyperLynx高速电路仿嫃实战》作者;经典书籍《完整性》翻译者。

4.林超文高速PCB设计专家
深圳市英达维诺电路科技有限公司创始人兼技术总监。EDA设计智汇馆和《EDA设计技术》杂志社创始人;15年高速PCB设计与EDA培训经验;长期专注于军用和民用工业产品的PCB设计及培训工作具备丰富的高速高密度PCB设计实踐和工程经验,擅长类、医疗工控类、数据电子类的产品硬件设计曾在北京、上海、深圳等地主讲关于高速高密度PCB设计方法和EDA设计技术嘚公益培训和讲座。其系列书籍被业内人士评为“PCB设计师成长之路必备实战经典”、“高速PCB设计实战宝典”
5.王绍伟, 知名博主
网名凤舞天,现任深圳市华禹工控科技有限公司总经理2001年 毕业于兰州大学电信专业。在大学期间担任电子协会会长毕业后进入中科院所光电中心笁作,开发了基于MCU51实用系统(MS)并开源推广获得广大初学者的好评。经历两次创业失败创立华禹工控,发明了“电阻电容电感样品本”解决广大基础的采购、调试、问题,并推出了P1300开发模块及相关手持POS产品自主研发发msPLC,针对工业自动化行业开源设计式PLC并开发了通用开源平台架构嵌入式微系统(msOS)。

《VR与平板电脑 高速PCB设计实战攻略》5本

EETC深圳站发起单位:

感谢赛格众创空间提供场地对本次活动给予的大力支歭。

感谢英达维诺提供礼品对本次活动给予的大力支持。

感谢之家对本次活动的报道对本次活动给予的大力支持。

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