信号完整性分析的传输线理论
传输线的定义
传输线可定义为传输电流的有信号回流的信号线,所以,电路板上的走线、同轴电缆、 双绞线等有信号回流的信号传输路径都可以看作传输线。前面我们说过,当信号互连的电路 尺寸接近信号中设计者所关心的比较高频率的波长时,互连线上不同位置的电压或电流的大小 与相位均可能不相同,需要用到分布式元件来考虑。
现代的智能手机、计算机、通信设备等电子产品都内含复杂的电路板,这些电路板上的走 线都可以认为是传输线,它们负责把各种芯片连接在一起,并相互进行通信, 解决信号完整性衰减的问题?吉林数字信号信号完整性分析
信号完整性测试方法:
-时域测试:观察信号在时间轴上的波形,分析信号的上升时间、下降时间、瞬态响应等参数,评估信号是否存在失真。
-频域测试:通过对信号进行傅里叶变换,将信号从时域转换到频域,分析信号的功率谱密度、带宽等参数,评估信号在传输路径中存在的滤波和截止频率等问题。
-时钟测试:通过观察时钟信号在传输路径中的形状和时间差异,分析时钟信号的完整性,评估时钟信号是否存在抖动和时钟漂移等问题。
克劳德高速数字信号测试实验室 吉林数字信号信号完整性分析常见的信号完整性测试问题;
其次要注重细节。比如测试点通常选择放在接收器件的管脚,如果条件限制放不到上面去的,比如 BGA 封装的器件,可以放到靠近管脚的 PCB 走线上或者过孔上面。距离接收器件管脚过远,因为信号反射,可能会导致测试结果和实际信号差异比较大;探头的地线尽量选择短地线等。
,需要注意一下匹配。这个主要是针对使用同轴电缆去测试的情况,同轴直接接到示波器上去,负载通常是 50 欧姆,并且是直流耦合,而对于某些电路,需要直流偏置,直接将测试系统接入时会影响电路工作状态,从而测试不到正常的波形。
比如,在现在常见的高速串行传输链路中,几个吉赫兹(GHz)以上的信号在电路板上 的走线传输,由于本质上电路板上传输线的损耗是随着频率的升高而增大的(在后面的传输 线部分及S参数部分都会有介绍),使得高频分量的损耗大于低频分量的损耗,在接收端收 到的各个频率分量不是原来的样子,使得这些频率分量起来的数字时域信号产生畸变。 所以,在高速串行传输中,会釆用一些信号处理的方法来补偿高频分量比低频分量传输时损 耗大的问题。比如去加重(在发送时人为降低低频分量)和预加重(在发送时人为提高高频 分量)。信号完整性分析概论;
从1/叫转折频率开始,频谱的谐波分量是按I/?下降的,也就是-40dB/dec (-40分贝每 十倍频,即每增大十倍频率,谐波分量减小100倍)。可以看到相对于理想方波,从这个频 率开始,信号的谐波分量大大减小。
基本上可以看到数字信号的频域分量大部分集中在1/7U,这个频率以下,我们可以将这个 频率称之为信号的带宽,工程上可以近似为0.35/0,当对设计要求严格的时候,也可近似为 0.5/rro。
也就是说,叠加信号带宽(0.35/。)以下的频率分量基本上可以复现边沿时间是tr 的数字时;域波形信号。这个频率通常也叫作转折频率或截止频率(Fknee或cut off frequency)
信号完整性测试所需工具说明;吉林数字信号信号完整性分析
信号完整性基本定义是指一个信号在电路中产生相应的能力。吉林数字信号信号完整性分析
当考虑信号完整性问题时,信号质量(回冲、振铃、边沿时间)会对有效高低电平时 间产生影响。
抖动(Jitter),按照ITU-T的定义,抖动指输出跃迁与其理想位置的偏差,如图1-16所 示。在考虑并行总线的时序时,过多的抖动可能浪费宝贵的时钟周期,或者导致获得错误的 数据。抖动在设计时钟脉冲发生和分发电路时起着重要作用。在考虑高速串行链路传输时, 过多的抖动会造成误码率达不到指标。抖动的来源有很多,包括电源噪声、电路板布线, 以及锁相环输入基准时钟在环路带宽内的噪声或调制、串扰、环境温度(热干扰)、电磁 辐射等。 吉林数字信号信号完整性分析
3. 电路模型 模拟电路模型是描述数字信号传输途中信号失真的基本工具。简单的模拟电路模型是传输线,它描述了信号在电线上传输的过程中可能遇到的电路效应,包括电容、电感、电阻等。 4. 分析方法 对于信号完整性的分析,可以采用几种不同的方法来评估系统中信号的失真和其他问题。常用的方法包括传输线建模、频率响应分析和时钟失真分析。 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。 信号完整性测试有波形测试、眼图测试、...