【導(dǎo)讀】傳輸線理論為今天的SI分析帶來了福音。信號的上升時間是SI問題中的一個關(guān)鍵參數(shù)。在SI分析中，各種互連線的電學(xué)模型可以看作是傳輸線。在高速PCB設(shè)計(jì)中，必須牢記傳輸線理論的基礎(chǔ)知識，理解傳輸線效應(yīng)。
為了啟動信號完整性問題分析，我們將需要各種技術(shù)來檢查信號完整性。
信道模擬：我們有一個信道，它構(gòu)成一個發(fā)射機(jī)，一個接收機(jī)。眼圖告訴我們信道降低傳輸信號的程度。正如我們在圖像中看到的，在Tx側(cè)，眼睛是睜開的，“0”和“1”級別可以很容易地被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)信號穿過信道到達(dá)接收端時，眼睛幾乎閉上，接收器很難區(qū)分“0”和“1”。這就是我們知道信號完整性問題普遍存在的地方。
識別信號劣化的根本原因：下一步是使用混合模式S參數(shù)分析和時域反射儀找出信號劣化的根本原因。讓我們考慮傳輸線部分，并在端口S11發(fā)送頻率為f0的正弦波。S11是反射系數(shù)，與回波損耗有關(guān)。它告訴我們有多少信號從端口1反射回來。參數(shù)S21告訴我們傳輸線如何傳輸信號。S21是傳輸系數(shù)，它與插入損耗有關(guān)。
現(xiàn)在的問題是，我們什么時候可以使用混合模式S參數(shù)分析？當(dāng)我們使用一對傳輸線從差分端口1和2傳輸差分信號時，就會使用這些參數(shù)。混合模式參數(shù)告訴我們傳輸對差分和公共信號的反應(yīng)。
SDD11：端口1的差分輸出，由端口1的差分輸入激勵。
SDD11：與差分回波損耗有關(guān)。
SDD21：與差分插入損耗有關(guān)。
SCD21：模式轉(zhuǎn)換：EM生成。
模式轉(zhuǎn)換：電磁敏感度。
其中，術(shù)語DD提供關(guān)于差分響應(yīng)的信息，而術(shù)語CD提供關(guān)于差分輸入信號生成多少公共信號的信息。此外，術(shù)語DC表示有多少差分信號是由共同的輸入信號產(chǎn)生的。
由于s參數(shù)給出了信道的頻率響應(yīng)，我們使用時域反射法來推導(dǎo)空間和時間信息。在TDR圖上，右側(cè)顯示“開路”電路，以幫助我們識別通道的末端。
TDR圖
探索設(shè)計(jì)方案：在這里，我們通過考慮單脈沖響應(yīng)來探索設(shè)計(jì)方案。我們發(fā)送具有特定時間和數(shù)據(jù)速率的單脈沖，以評估輸出端的單脈沖響應(yīng)。
單脈沖頻率響應(yīng)
讓我們舉一個單脈沖頻率響應(yīng)的例子。如果我們從響應(yīng)的最大峰值開始，并將其命名為“cursor”，那么我們可以通過根據(jù)單位間隔劃分響應(yīng)來創(chuàng)建游標(biāo)圖。光標(biāo)圖告訴我們脈沖響應(yīng)分布在多個前游標(biāo)和后游標(biāo)。擴(kuò)頻量還提供了有關(guān)碼間干擾的信息。
光標(biāo)圖
電磁場視角下的信號完整性分析
在數(shù)字展望中，與電路和電磁場（EM）級別相比，在邏輯級別識別信號完整性問題是一項(xiàng)簡單的任務(wù)。大多數(shù)的SI問題本質(zhì)上都是電磁問題，不管是反射、串?dāng)_還是地彈。這就是為什么從電磁的角度理解SI問題的物理行為是非常好的。例如，在多層PCB中，通孔“a”中的開關(guān)電流將產(chǎn)生電磁波，這些電磁波沿著金屬平面之間的徑向從通孔傳播出去。金屬平面之間產(chǎn)生的電場將在它們之間產(chǎn)生電壓變化。當(dāng)波接近其他通孔時，它們會在這些通孔中產(chǎn)生電流。感應(yīng)電流又會產(chǎn)生電磁波在兩個平面之間傳播。
多層PCB封裝結(jié)構(gòu)
一旦這些波到達(dá)包裹的邊緣，其中一部分會輻射到空氣中，另一部分則會反射回來。當(dāng)波在PCB封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部來回反彈并相互疊加時，就會發(fā)生共振。波的傳播、反射、耦合和共振是典型的電磁現(xiàn)象，發(fā)生在包裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部的信號瞬態(tài)。雖然電磁分析比電路分析更精確，但它包含復(fù)雜的算法。這就是為什么要用電路模擬器進(jìn)行SI分析的原因。
傳輸線理論為今天的SI分析帶來了福音。信號的上升時間是SI問題中的一個關(guān)鍵參數(shù)。在SI分析中，各種互連線的電學(xué)模型可以看作是傳輸線。在高速PCB設(shè)計(jì)中，必須牢記傳輸線理論的基礎(chǔ)知識，理解傳輸線效應(yīng)。
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