【信号完整性】学习笔记

只看该作者 · 2019-3-18 12:04

本帖最后由 TCsbx 于 2019-3-29 16:36 编辑

学了这么久，信号完整性，电磁兼容，ADS，HFSS，感觉没有项目练手学的都是皮毛，学过用不上

，那就开个贴记录一下自己的学习心得吧，主要关注信号完整性分析

参考书：《信号完整性分析》李玉山译/Eric Bogatin著

目前我对信号完整性总体的认识是这样的，在电路工作频率越来越高的今天，不得不考虑逐渐增强的【场】对【路】的影响。

在低频电路分析和设计中，理论上主要是基尔霍夫定律：回路KVL、节点KCL的拓展应用，由基本简单分立元件电阻-电容-电感、基本元件二极管-三极管-场效应管、集成芯片等构成的电路，分析时候只需要从输入信号按信号通路向输出端一步一步分析即可，一般不用考虑非连接电路相互的影响，当时不会有概念，觉得不连接就不会有影响。

而电路在高频工作时，就不得不考虑电路之间的相互影响，电路性能的降级，是否可以达到设计的指标要求。这时候基本理论从基尔霍夫交接给了麦克斯韦，麦克斯韦在总结整理前人工作的基础上，用四个方程完美描述了电场和磁场相互转换的规律，电场的源（正负电荷）和无源的磁场。这应该是属于初等电磁场就学过的内容，为什么刚学时候觉得难呢，我觉得有两点原因：1、理论确实难，用到了很多高等数学里面较难的梯度-散度-旋度的理论，很多数学推导 2、电磁场很抽象，看不见摸不着，但确实客观存在，你说奇怪不奇怪？我觉得就是空间中的的无形作用力，人们找到了描述其作用力规律的方程，进一步起名字为电场磁场，给与文字描述和理论解释。高频电路在正常分析电路连接的基础上还存在电磁辐射和电磁干扰。电路的尖端结构和连接线都可以作为天线把信号以电磁波的形式辐射出去了，电磁波又会耦合到电路其他位置，对其工作产生影响，使得电路的分析和设计变得极其复杂。

信号完整性分析就是对高频电路在工作时的特性进行分析，分析时更侧重【场】的角度，电路定律是电磁场定律的子集，这时更多都是从电磁场在电路里是怎么传播进行分析，这时候的分析更加“模电”了，分析起来不确定性更多，经验知识更加重要。信号完整性分析就是在这样的不确定性中寻找确定性，以确保电路正常稳定工作的【概率最大】。

接下来的楼层继续介绍，总体的概念，电阻电容电感的高频特性，传输线，反射，串扰，差分信号，差模阻抗和共模阻抗等。

两句话结楼

万物有至理而不说，模电有大美而不言。

当今的电子设计工程师可以分成两种，一种是已经遇到了信号完整性问题，一种是将要遇到信号完整性问题。

只看该作者 · 2019-3-18 12:20

可以的啊！不错的啊！

只看该作者 · 2019-3-19 08:54

本帖最后由 TCsbx 于 2019-3-20 16:56 编辑

1、信号完整性分析概述

信号完整性的根源在哪呢？归根结底还是信号频率越来越高，这时候元器件的分布参数不可忽视，包括互连线的电阻，线与线之间的分布电容、分布电感，高速的信号又可以通过这些分布参数进行电路到电路的【非接触耦合】，进而影响电路的工作性能。

在信号完整性分析当中常常以互连线为对象、以方波信号为载体。因为电路当中可控的因素中最多的就是连接线，在高频的场分析下，电路的元件也都是作为导体or介质加以分析的；根据傅里叶变换时频域的概念，方波信号是频域包含了基波和无穷多的谐波分量，便于分析电路的高频特性。

   对互连线的分析中常常分为四类问题，单根线自身的反射、线与线之间的串扰、电源地分配系统的轨道塌陷、元件或系统的电磁干扰（EMI）。

   1，反射。这里我觉得有个很重要的概念是【信号所感受到的阻抗】，更加强调信号传播的过程，分析时要顺着信号传播的方向看电路的阻抗随着路径是怎么变化的，在阻抗变化的地方将产生反射。这时候可以举个小河的例子，河道的宽窄其实就相当于电路的阻抗，这就不难理解阻抗是不断变化的，是个过程量不是结果量，每一处的阻抗可能都是不一样的。在河道由宽变窄的地方相当于阻抗由低变高，在河岸处讲形成回流的漩涡，这就是反射，并且反射是向后的。而在河道从窄变宽的地方，也是存在反射的，只是反射是向前的，这和阻抗由高变低反射系数为负是一样的道理。
   怎么解决反射呢？对症下药，那就是让信号感受的阻抗保持不变，使用均匀传输线，在电路接口处进行阻抗匹配。

2，串扰。串扰是两条或多条互连线之间产生的干扰。从【场】的角度来说，一根互连线上高速变化的信号会在其周围空间感生出变化的磁场，而变化的磁场在另外的互连线处感生出变化的电场，变化电场进一步感应出电流，进而影响原信号的工作。从【路】的角度看，可以把互连线之间的分布参数提取出来，把互连线之间的自感、互感、耦合电容考虑到电路分析当中，进而分析传到输出端的信号质量。
   串扰主要分为近端串扰和远端串扰，这和信号的传播机理是紧密相关的。近端串扰持续时间较长，干扰的幅度不高；而远端串扰持续时间短，干扰峰值很高。信号的上升沿越短、互连线的长度越长，信号的串扰就会越严重。
   解决串扰要从减小互连线间的分布参数着手。增大信号线的线间距或者减小信号线的长度都可以减小互感，采用地平面作为信号的返回路径可以减小耦合电容。

3，电源地轨道塌陷噪声。这个轨道塌陷就是说电源的电压不平稳，电源提供的电压有波动，这对于越来越精密的电路尤其是微处理器的影响是致命的。这个塌陷噪声是咋产生的？和串扰一样，导体导体之间会有自感和互感，电源地平面也不例外。根据电感的电流电压公式  [ U=L*dI/dt ] ，电源的输出电流在发生变化时，将在电源地回路上感应出一个电压，造成实际供给电路的电压发生波动。
   电源地之间电流方向相反，其互感对于总电感是减小的。因此要减小电源地塌陷噪声，就要减小自感，同时增大互感。铺设电源地平面可以减小自感，减小电源地平面的距离、采用高介电常数的材料都可以增大互感，添加电源地低电感去耦电容（大小搭配），这是减小电源地电压塌陷的途径。

4，电磁干扰。电磁干扰主要是电路或系统对其他电路系统造成的影响，在高频信号下，电路中的连接线、引脚都可以作为天线向外辐射电磁波，这些天线也可以接收来自其他电路的电磁波。
对电路的高速部分和高敏感电路加装屏蔽罩，可以减小向外的辐射和外界辐射对自己的影响。在产品的连接电缆上套装铁氧体可以抑制电缆的辐射。减小电路接头的阻抗可以减小产生辐射电流的噪声电压。

关于仿真

在电路设计完成后，进行准确可靠的仿真是是缩短投板测试周期的常用方法。电气仿真工具分为：电磁仿真器、电路仿真器、行为仿真器。电磁仿真器是把电路看成导体和介质，通过求解麦克斯韦方程得到各个位置的电场和磁场，常用的有HFSS、CST等；电路仿真器是基于基尔霍夫定律求解出电路各处的电压和电流，常用的软件有ADS、AWR等；行为仿真器是依据无源元件的传递函数模型，快速求解电路各节点的电压和电流。

仿真的常用模型有SPICE和IBIS模型。SPICE是基于器件的工艺参数的工作模型，IBIS是不包含工艺信息的端口V-I和V-t特性曲线模型。模型的精确性对于仿真的结果有决定性的影响，因为仿真器的精度一般都很高。

在电路仿真投板之后，还要进行信号完整性的测试，常用的仪器有阻抗分析仪、矢网（矢量网络分析仪）、时域反射仪，表示见过矢网但不会用，另两个都没见过

这层的内容就是这些，欢迎大家来交流

只看该作者 · 2019-3-19 08:58

本帖最后由 TCsbx 于 2019-3-29 16:33 编辑

2、时域和频域的概念

时域和频域，感觉这个概念很大，也非常重要，基本贯穿了电子通信专业的所有专业课。从最开始的电路课，学习怎么样用相量的方法进行交流电路的分析，其实已经是频域的概念了。信号与系统更是通过【傅里叶变换】、【拉式变换】、【Z变换】深入分析了时域频域转换的关系和频域的含义。后面所学的模电、高频电路、数字信号处理都涉及到了信号的频域知识。以及所学的电磁场与电磁波、天线、微波、射频电路基本上都是从频域展开进行分析的。

时域是真实世界，是唯一实际存在的域。时域和我们认识世界的空间和时间概念是一致的，时间它从不停下脚步，无声无息的流走。信号随时间变化的波形呈现在以时间为横轴的二维平面上就是熟悉的时域波形。而频域，我觉得是只和自己所学专业紧密相关的一个概念，是为了便于进行信号分析进行的数学转换，便于我们分析实际信号的频域成分，所以其也是有实际的含义的。另外信号与系统所学的拉式变换、Z变换也是分析的数学工具，不过好像是没有实际含义的。综上，时域是我们所【实际感受】到的域，频域是便于信号分析【假想】的域。

信号时域和频域是怎么转换的呢？那就是傅里叶变换干的事情了。
傅里叶变换式如下：

楼顶说了麦克斯韦厉害，其实傅里叶也挺厉害的哈，一个公式就把时域和频域结合了起来。首先，任何信号都是可以正交分解的，分解为不同频率的正弦波的组合，且不同频率的分量相互正交，就是乘积在一个周期内积分为0。

是频域的旋转因子，角频w代表了旋转的快慢。
根据欧拉公式，旋转因子可以写成余弦和正弦的形式：

   这时候分析一下傅里叶变换式，积分变量是时间t，而w看成是常量，f(t)乘上旋转因子再积分就会把f(t)中与w同频的正弦波的信息提取出来，而与w不同频的分量与旋转因子乘积后积分为0，这样这个常量“w”从负无穷变化到无穷，就把f(t)的所有正弦波（频域）分量提取了出来！是不是很厉害？

   至于为什么进行这样的变换呢，我学了这么久潜意识里是这样觉得的，正弦波【很光滑】，特别适合进行信号分析，对于电路来说比较【友好】，不像方波那样很【磕绊】，当然这只是我的一点直觉，肯定不准确。具体结合书上所述，正弦波求微分后和原先信号的形式一致，便于求解电路当中的微分方程，正弦波也是微分方程解的基本组成。电路对信号来说也都表现出【正弦波特性】，对组成信号的高频正弦波和低频正弦波的响应一般是不一样的，所以把信号进行频域变换有时候特别有助于信号的分析。总之，正弦波是频域的基本单位，信号的不同频率正弦波的幅度分量就构成了频域当中的幅度谱。

   在信号完整性分析当中，常用的分析信号是【方波】。对方波进行傅里叶变换可以得到其频谱信息：包含直流分量和奇次谐波，偶次谐波分量都为0，并且奇次谐波的幅度和频率呈反比，例如 3次谐波幅度是基波的1/3，5次谐波的幅度是基波幅度的1/5 ，频谱的幅度以1/f的速率下降。根据上述分析，可以通过叠加1、3、5 ...次特定幅度的谐波得到理想的方波信号，在叠加过程中，组合的频率分量越丰富，波形的上升沿越陡峭，得到的信号越近似于方波。

   以前做过一个实验，对方波信号进行【带通滤波】分别得到其1次、3次、5次谐波分量；设计【反向加法器】-【移相器】对1、3次谐波分量进行组合，对1、3、5次谐波分量进行组合，再进行对比。这个实验非常有助于理解方波信号傅里叶变换时频域的关系。

在实际当中，信号的辐射(EMI) 和频域是线性关系，这意味着理想方波信号各次谐波分量对EMI的响应都是相等的。设计中应该限制信号的带宽以降低辐射。互连线的带宽是指能被互连线传输且损耗不是很大时的最高正弦波频率分量。

只看该作者 · 2019-3-19 08:58

本帖最后由 TCsbx 于 2019-3-30 16:30 编辑

3、阻抗，电阻、电容、电感的高频特性

   阻抗

在信号完整性分析当中，阻抗是一个特别重要的概念。正如前面叙述互连线的串扰时所说，信号沿着互连线传输时，它将不断【探测互连线的阻抗】并作出相应的反应。在高频时，电路当中的分布电容、分布电感都将对信号完整性造成较大的影响。

四种信号完整性问题都是和阻抗的概念紧密相关的。
1）反射。阻抗的突变会引起信号的反射和失真
2）串扰。互连线的串扰是由互连线间的耦合电容和耦合电感的阻抗造成的。
3）电源地轨道塌陷。正是由于电源地供电轨道之间存在阻抗，在供电电流发生变化时将会在此阻抗上产生电压降，引起电源地产生电压塌陷。
4）EMI问题。EMI一般是电缆上的电流传输辐射引起的，其中又以共模电流的辐射为主。常常在电缆外围加装铁氧体扼流圈增加共模电流的阻抗，减小共模电流以减小辐射。

   在描述互连线特性时经常用到四种基本元件：电阻、电容、电感、传输线。前三种是集总参数元件，可以认为其阻抗集中在一个点；而传输线是分布参数元件，其阻抗是沿着传输线发生变化的。

   在高频时，电阻模型是电阻和电感串联再和电容并联；电感是电感和电阻串联再和电容并联；电容是电阻和电感串联电容三者串联。我自己在学知识的过程中是需要理解**的，对于未理解的东西我的潜意识里面是拒绝去记的。那么这个模型是怎么理解的呢？电阻模型可以想一下绕线电阻，绕线是存在电感的并且和本身的阻值相串联，绕线间的电容和原电阻器件是并联的关系；电感也是一样的，同样可以靠绕线电感来理解**；电容的话可以想一下平板电容器，引脚存在电感和电阻且串联，和中间的平板电容也是串联关系。

分析高频时上面三种元件阻抗肯定就用其高频模型加以分析。电阻在频率升高时先是串联电感起作用致使阻抗变大，再是电容起作用导致阻抗减小。电感在频率升高时先是电感起作用再是电容起作用，阻抗先变大后变小。在频率逐渐升高时，电容模型先是电容起作用再电感起作用，所以阻抗先减小，会到达一个【串联谐振点】阻抗最小，之后阻抗开始变大。

我们平时设计印制板时会敷设电源地平面，一部分原因是这样可以减小回路的电阻，电路中不同的接地点保持相同的电压。其实还有一点更重要的原因是【减小回路电感】。电源地平面的总电感等于两个平面的自感之和减去两平面间的互感，L=L_a+L_b-2L_ab。由两个平面构成的电源地平面，平面越宽，回路的电感越小；平面越长，回路的电感越大；平面间距越小，回路的自感越大，总电感越小。

所以可以得出这样的结论，应该使用短而宽的电源地平面，并且让电源地平面尽量靠近。

只看该作者 · 2019-3-19 08:58

本帖最后由 TCsbx 于 2019-3-30 15:35 编辑

4、传输线理论

   在信号完整性分析当中，传输线是区别于电阻、电容、电感的第四种理想元件。其实传输线就是我们低频时熟知的导线，本质起到一个连接传输信号的作用。比如我们平时常用的同轴线、双绞线都属于传输线，另外常见的传输线还有微带线、带线等。

   在高频时，传输线将表现出很多之前不需要考虑的问题，传输线在信号完整性分析当中是很重要的一大部分。对传输线进行分析时，我们要把之前熟知的【地】称呼为【返回路径】，这时信号的返回平面并不能单纯的看成一个统一的信号参考点，而要把返回路径和信号的传输路径同等对待。传输线当中常用的分析信号的具有一定上升沿的【非理想方波信号】。

   信号加载到传输线之后信号是怎么建立的呢？看到这里想起了高中化学老师讲的一个发电厂给家庭照明供电的例子：并不是发电厂的电一下子就到你家了，而是电网中离你家最近的电线中的电子最先到达照明设备进行了供电。信号在传输线中建立的过程也是一样的：信号的速度和电子运动的速度是没有关系的，真正决定信号速度的是传输线中【交变电磁场的建立速度和传播速度】，也就是传输线材料中的光速。

   信号在传输线中建立的过程如下面这幅图所示：

首先我觉得这幅图里面有个很有意思的点就是时间和空间的区分，这个上升沿既代表了空间又表示了时间。这个上升沿表示了非理想方波的上升时间，是个时间的概念；同时这幅图是信号传播过程中的一张【快照】，表示了信号传播过程中上升沿的空间延伸，信号前沿右侧还没有接到信号，前沿左侧信号已经建立好了。能给信号建立过程拍到清晰快照的相机的帧率应该在什么级别？信号传播的速度接近于光速 3x10^{^}8 m/s，相机那必须是ns级别的。我们以纳秒级别的时间刻度就可以清楚的看到信号是这样建立的：信号源连接传输线后在传输线的源端最先产生突变的电压（0到1），这个突变的电压会产生突变的电场和磁场，交变的电磁场会在传输线周围的材料中以材料中的光速进行建立和传播。所以，信号建立传播的过程就是空间场建立和传播的过程！

下面介绍传输线的阻抗。阻抗等于电压除以电流，信号加到传输线上后电压就知道了，求解阻抗的关键就是求出信号传播过程中的电流。这时候我们应该顺着信号传播的方向进行分析，如下图所示：

以纳秒级别的时间来看，信号的传播就是其上升前沿在空间的不断延伸。传输线由两个导体组成，其间必然存在电容，信号前沿延伸的过程就是信号对传输线上电容充电的过程，计算得到【单位时间充电所需的电荷量】也就有了我们需要的电流。假设单位长度的电容是C_L，信号的速度是v，高电平为V，那单位时间需要充电的电容为C_L*v，单位时间所需的电荷量为C_L*v*V，也就求到我们求阻抗所需要的电流。

那么，传输线的瞬态阻抗计算式：Z=V/(C_L*v*V)=1/(C_L*v)，瞬态阻抗只与传输线单位长度的电容和电磁场在该材料中的速度有关。瞬态阻抗是信号传播过程中【实时】感受到的阻抗，其会随着传输线间距、传输线横截面积的改变而变化。均匀传输线上瞬态阻抗是不变的，我们称之为特性阻抗，特性阻抗反应了传输线本身的性质。

上图这样的一个上升前沿在终端开路的传输线上传播。信号在未到达终端时并不知道终端接了什么，在传播过程中感受到的阻抗就是传输线的瞬态阻抗，是均匀传输线的话此瞬态阻抗也就与特性阻抗相等。信号传播到终端后才能知道终端是开路的，阻抗为无穷大。

只看该作者 · 2019-3-19 08:59

本帖最后由 TCsbx 于 2019-3-31 22:50 编辑

5、反射

   如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分信号将被反射，另一部分发生失真并继续传播下去。具体反射的信号量是由瞬态阻抗的突变量决定的，入射电压为V_inc，反射电压为V_ref，信号当前的阻抗为Z1，突变后的阻抗为Z2，那么反射系数P=V_ref/V_inc=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）。

   反射的公式是根据阻抗突变处分界面的电压电流条件推导出来的。在分界面两侧电压电流都必须是连续的，入射电压加反射电压等于传输电压，入射电流减去反射电流等于传输电流。

   V_inc+V_ref=V_trans，I_inc-I_ref=I_trans，V_inc/I_inc=Z1，V_ref/I_ref=Z1，V_trans/I_trans=Z2

   推导得到

V_ref/V_inc=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）

   反射是信号传输过程中不想要的效应，为了减小反射的影响，一般要注意下面四点设计要素。

   1、使用可控阻抗互连线。就是使用瞬态阻抗恒定的均匀传输线，可以减小信号在传输线当中的反射，如双绞线、同轴线、微带线、带线等。
   2、传输线末端至少有一个终端匹配。终端匹配是为了减小传输线和信号源、负载相连接时阻抗不匹配造成的反射，常用的有源端串联电阻端接、终端并联电阻、终端戴维南端接、终端RC端接。
   3、使用能使多分支造成的影响最小的布线拓扑结构。例如，使用菊花链结构代替T形分支结构可以减小分支处阻抗突变造成的反射。
   4、最小化几何结构的不连续性。如，使用大于90°的印制线拐角。如果在传输线中间有一小段阻抗突变，而这段阻抗突变的两侧瞬态阻抗一致，当这段阻抗突变处的延时小于信号上升时间的20%时反射的影响可以忽略不计，也可以说阻抗突变处的长度小于信号上升前沿空间延伸的20% 影响可以忽略不计，这两种【时间和空间】的说法其实是【等价】的。传输线中间接短桩线时，桩线的长度也是小于信号上升前沿空间延伸的20%时，其造成的反射可以忽略不计。

   有损线

   实际应用当中的传输线是有损耗的，损耗源包括传输线的电阻损耗和传输线之间介质的耗散。在实际应用当中，对于数字信号，传输线的损耗会造成信号上升边的退化。因为导体损耗和介质损耗都是和频率有关的：频率越高，趋肤效应造成电阻增大，同时介质耗散也会越大。这样，传输线对信号高频分量损耗大，对低频分量损耗小，就造成了数字信号上升边的退化。

常用【眼图】来衡量数字信号上升边的退化。使用伪随机流作为眼图的测试信号，因为伪随机流可以代表所有信号的位流模式。根据定时信号依次从位流中提取出来一个周期的信号去覆盖前一个周期的信号，这样许许多多的周期叠加在一起，很像睁开的眼睛，就取名为“眼图”。下面是眼图的模型

眼图中阴影部分就是每次的信号相互重叠造成的，空白部分是所有位流都不会经过的区域。眼图睁开的宽度代表了有效判决时刻，眼睛睁开的高度反应了噪声容限。正如图中所标，眼睛睁开最大的时刻是最佳判决时刻，这时候出错率最低。眼睛最大睁开高度的一半是最佳判决电平。有损线造成的上升边退化会造成眼图的模糊。总体上来说，眼睛睁开的越大越清晰越好。

改善眼图性能需要减小信号过控的数量，减小导体损耗和介质损耗。另外如果能够建立传输线的精确模型预测失真的程度，那么可以使用均衡化和预加重改善眼图的质量。均衡化是主动把低频信号也多衰减一些，这样总体低频高频的衰减将一样多，信号的失真减小。预加重是反向思路，在传输前先把高频信号单独放大一些，这样也可以起到减小失真的作用。

只看该作者 · 2019-3-19 08:59

本帖最后由 TCsbx 于 2019-4-2 14:14 编辑

6、串扰

串扰作为信号完整性领域的四大天王之一，使得高速电路的设计深受其害。串扰是指信号从一条路径耦合到了另外一条路径对另外一条路径的信号造成干扰，是发生在一个网络【回路】（信号路径和返回路径）与另一个网络回路之间的一种效应。我们把噪声源所在的网络成为动态网络或攻击网络，把产生噪声的网络称为静态或受害网络。

串扰是怎么产生的呢？

信号路径和其返回路径之间是存在电场和磁场的，但是会有部分场影响到周围的网络，这称为边缘场。当攻击网络上的电压或电流【发生变化】时，其边缘场也会发生变化，进而在周围的网络上感应出噪声电压和电流。

电场的影响相当于电容效应；电感的影响相当于电感效应。所以在分析串扰时常常通过两个网络之间的耦合电容、耦合电感进行分析。当返回路径是很宽的均匀平面时，容性耦合和感性耦合电流量大小相当，都要考虑；返回路径不是很宽的均匀平面时，感性耦合大于容性耦合，串扰主要由感性耦合决定，也就是攻击网络的dI/dt决定，也称为开关噪声。

近端串扰和远端串扰。

在分析串扰时，距离信号源近的为近端，距离信号源远的一端为远端。把攻击线的远端、受害线的两端分别进行端接即可进行串扰的测试。近远端的噪声波形如下图

近端串扰迅速上升到一个固定值，并且保持这个噪声电压时间为传输线耦合长度时延的两倍，然后在下降。远端噪声在信号开始一段时间后才出现，并且持续时间短，近似为攻击线上信号的上升时间，峰值电压较大。

近端和远端噪声为什么会呈现出这样的特点呢？可以通过对容性耦合电流加以分析得出结论，容性耦合如下图所示

中间的电容为动态线和静态线之间的耦合电容。只有变化的电压或电流才会产生串扰，所以只有在信号前沿处才有耦合电流。耦合电流在传输线上向前和向后感受到的阻抗是一样的，就会有一半耦合电流流回近端，一半耦合电流流向远端。信号向前传播会继续在传输线远端产生耦合电流。同时，信号在动态线上的速度和噪声在静态线上的速度是一致的，流回近端的耦合电流就是依次接替流回去的，而流向远端的电流在不断相互叠加。这就解释了上文所述近端和远端串扰的特点。

怎么减小串扰呢？

近端串扰和传输线单位长度电容、单位长度电感、信号的速度、攻击线信号的电压有关，所以增大耦合线间的距离、减小信号电压都可以减小近端串扰。而减小远端串扰除了可以加大耦合线间的距离，还可以通过减小耦合线耦合的长度、在导线上方加介质材料，将敏感的传输线布成带状线（传输线周围的介质完全一样时，远端的容性和感性噪声电流将抵消）降低远端串扰。另外，在不方便增大线间距时，在线与线之间添加两端和整条线上有短路过孔的防护布线可以有效降低串扰。

只看该作者 · 2019-3-19 08:59

本帖最后由 TCsbx 于 2019-4-2 21:40 编辑

7、差分对传输线

   什么是差分对呢？差分对传输线是两个信号路径-返回路径的网络，一根信号线携带原信号，另一根携带信号的互补信号。
   差分对的优点。差分信号传输时，一根信号的电压电流变化量会减小，从而减小轨道塌陷和电磁干扰问题；并且比单端放大器具有更高的增益；适合远距离的传输。

   差分对传输线需要满足四个特点：横截面积不变【等截面】、两条传输线的长度要相同【等长度】、两条传输线要对称【对称】、差分对之间的耦合要强【强耦合】。

   这里要区分几个概念：差分信号与共模信号；差分阻抗与共模阻抗；奇模与偶模；奇模阻抗和偶模阻抗。

   差分和共模指的是激励信号的形式，两个信号的差值为差分信号，两个信号的均值为共模信号，而差分阻抗和共模阻抗指的是加载到差分对上的差分电压和共模电压所感受到的阻抗。奇模和偶模是差分对的模态，线上有相反的驱动电压时称为奇模，线上有相同电压时称为偶模。奇模阻抗是指差分对在奇模状态时一根传输线的特性阻抗，偶模阻抗是差分对在偶模模态时一根传输线的特性阻抗。奇模阻抗小于无耦合时单根传输线的特性阻抗，偶模阻抗会大于无耦合时单根传输线的特性阻抗。

   端接

差分阻抗是奇模阻抗的2倍，共模阻抗是偶模阻抗的1/2。差分对在进行端接时要分差分信号端接和共模信号端接，端接差分信号在两条传输线的远端串接一个阻值为奇模阻抗2倍的电阻即可，端接共模信号需要在每条传输线的远端接一个阻值为偶模阻抗的电阻到地。

具体的差分端接、共模端接、同时端接图如下

基本上这本书学习的内容就是这些，系统学习了信号完整性的四大问题：反射、串扰、地弹、EMI，在中间也穿插了时频域的概念、基本元件的高频特性分析等。

知识学习是个反复的过程，每次都会“品”出一些新东西，希望再回头看时可以更上一层楼。

只看该作者 · 2019-3-19 10:38

顶，感谢分享。

只看该作者 · 2019-3-19 10:59

嗯，实践是检验真理的唯一标准，

只看该作者 · 2019-3-19 14:20

简单说当你需要care具体的波形时，就不在是理想的数字领域了，是模拟的。故有些工程师也称信号完整性为波形完整性。这和教科书上说的数字信号，模拟信号有些不太一样。类似的还有，对于现代数字通信系统，在rf也是“模拟’’的。

只看该作者 · 2019-3-19 15:43

不错，讲的蛮好的

只看该作者 · 2019-8-15 17:07

TCsbx 发表于 2019-3-19 08:54
1、信号完整性分析概述

楼主我请教个问题，我在网上看帖子都说当信号上升沿很陡的时候需要考虑信号完整性，要做阻抗匹配，我请问下为什么信号上升沿陡就易受到干扰（是因为上升沿陡所以带宽宽，反射回来的噪声易与他发生谐振吗）

【信号完整性】学习笔记

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