信号完整性是许多设计人员在高速数字电路设计中涉及的主要主题之一。信号完整性涉及数字信号波形的质量下降和时序误差,因为信号从发射器传输到接收器会通过封装结构、PCB 走线、通孔、柔性电缆和连接器等互连路径。
当今的高速总线设计如 LpDDR4x、USB 3.2 Gen1/2 (5Gbps/10Gbps)、USB3.2x2 (2x10Gbps)、PCIe 和即将到来的 USB4.0 (2x20Gbps) 在高频数据从发送器流向接收器时会发生信号衰减。本文将概述高速数据速率系统的信号完整性基础知识和集肤效应、阻抗匹配、特性阻抗、反射等关键问题。 克劳德实验室信号完整性测试系统平台;;校准信号完整性分析维修
信号完整性 常用的三种测试方法
信号完整性测试的手段有很多,主要的一些手段有波形测试、眼图测试、抖动测试等,目前应用比较的信号完整性测试手段应该是波形测试,即——使用示波器测试波形幅度、边沿和毛刺等,通过测试波形的参数,可以看出幅度、边沿时间等是否满足器件接口电平的要求,有没有存在信号毛刺等。
信号完整性的测试手段主要可以分为三大类,下面对这些手段进行一些说明。
抖动测试
抖动测试现在越来越受到重视,因为的抖动测试仪器,比如TIA(时间间隔分析仪)、SIA3000,价格非常昂贵,使用得比较少。使用得*多是示波器加上软件处理,如TEK的TDSJIT3软件。通过软件处理,分离出各个分量,比如RJ和DJ,以及DJ中的各个分量。对于这种测试,选择的示波器,长存储和高速采样是必要条件,比如2M以上的存储器,20GSa/s的采样速率。不过目前抖动测试,各个公司的解决方案得到结果还有相当差异,还没有哪个是或者行业标准。 校准信号完整性分析维修信号完整性测试所需工具说明;
信号完整性分析三种测试方法
在信号完整性分析中,常用的测试方法包括以下三种:
1.时域测试:时域测试是通过观察信号在时间轴上的波形来分析信号完整性。时域测试可以帮助识别信号的上升时间、下降时间、瞬态响应等参数,从而评估信号是否存在失真。
2.频域测试:频域测试是通过对信号进行傅里叶变换,将信号从时域转换到频域,来分析信号的频率响应。通过分析信号的功率谱密度、带宽等参数,可以评估信号在传输路径中存在的滤波、截止频率等问题。
3.时钟测试:时钟测试是通过观察时钟信号在传输路径中的形状和时间差异来分析时钟信号的完整性。时钟测试可以帮助识别时钟信号的抖动、时钟漂移等问题,从而评估时钟信号是否存在失真。
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。克劳德信号完整性测试理论研究;
虽然信号的频率只有2MHz,但是由于信号的边沿速率很快,和信号的互连传输延时有了 可比性(信号边沿时间比4〜6倍的互连传输时延时还要小),所以也会造成信号完整性的问题。
信号的质量
信号完整性需要保证信号传输过程中的质量。简单来说,信号质量就是设计者必须保证 信号在驱动端、互连结构上,特别是接收端上的特性,避免造成功能性和稳定性方面的问题。
在传统意义上从数字信号波形来看,信号质量包括过冲、回冲、振铃、边沿单调性等方 面的问题。 常见的信号完整性测试问题;校准信号完整性分析维修
信号完整性测试系统主要功能;校准信号完整性分析维修
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。 校准信号完整性分析维修
PCB的信号完整性问题主要包括信号反射、串扰、信号延迟和时序错误。 1、反射信号在传输线上传输时,当高速PCB上传输线的特征阻抗与信号的源端阻抗或负载阻抗不匹配时,信号会发生反射,使信号波形出现过冲、下冲和由此导致的振铃现象。过冲(Overshoot)是指信号跳变的个峰值(或谷值),它是在电源电平之上或参考地电平之下的额外电压效应;下冲(Undershoot)是指信号跳变的下一个谷值(或峰值)。过大的过冲电压经常长期性地冲击会造成器件的损坏,下冲会降低噪声容限,振铃增加了信号稳定所需要的时间,从而影响到系统时序。 提供信号完整性测试软件解决方案;USB测试信号完整性分析执行...