傳輸線理論基礎(chǔ)與特征阻抗

傳輸線理論實(shí)際是把電磁場轉(zhuǎn)換為電路的分析來簡化分析的手段，分布式元件的傳輸線 電路模型傳輸線由一段的RLGC元件組成。

為了更簡便地分析傳輸線，引入特征阻抗的概念，由特征阻抗來進(jìn)行信號傳輸?shù)姆治觥?將傳輸線等效成分段電路模型后，可以用電路的理論來求解。

特征阻抗，或稱特性阻抗，是衡量PCB上傳輸線的重要指標(biāo)。PCB傳輸線的特征/ 特性阻抗不是直流電阻，它屬于長線傳輸中的概念。

可以看到特征阻抗是一個(gè)在傳輸線的某個(gè)點(diǎn)上的瞬時(shí)入射電壓與入射電流或者反射電 壓與反射電流的比值。和傳輸阻抗的概念并不一致，傳輸阻抗是某個(gè)端口上總的電壓和電流的 比值。只有在整個(gè)傳輸路徑上阻抗完全匹配且沒有反射存在的情況下，特征阻抗才等于傳輸阻 抗。 信號完整性測試內(nèi)容 ?高速電路中的常見問題和測試技巧衡量高速信號質(zhì)量的重要手段和方法；廣東信號完整性分析PCI-E測試

典型的數(shù)字信號波形可以知道如下幾點(diǎn)

(1)過沖包括上過沖(Overshoot_High)和下過沖(Overshoot_Low)。上過沖是信號高于信號供電電源電壓Kc的最高電壓，下過沖是信號低于參考地電壓厶的比較低電壓。過沖可能不會(huì)對功能產(chǎn)生影響，但是過沖過大會(huì)造成器件損壞，影響器件的可靠性。

（2） 回沖是信號在達(dá)到比較低電壓或最高電壓后回到厶之上（下回沖，Ringback_Low） 或心之下的電壓（上回沖，Ringback_Low）?；貨_會(huì)使信號的噪聲容限減小，需要控制在保 證翻轉(zhuǎn)門限電平的范圍，否則對時(shí)鐘信號回沖過大會(huì)造成判決邏輯錯(cuò)誤，對數(shù)據(jù)或地址信號 回沖過大會(huì)使有效判決時(shí)間窗口減小，使時(shí)序緊張。通常過沖與回沖是由于信號傳輸路徑的 阻抗不連續(xù)所引起的反射造成的。

（3） 振鈴（Ringing）是信號跳變之后的振蕩，同樣會(huì)使信號的噪聲容限減小，過大會(huì)造 成邏輯錯(cuò)誤，而且會(huì)使信號的高頻分量增加，增大EMI問題。 廣東信號完整性分析PCI-E測試信號完整性基本定義是指一個(gè)信號在電路中產(chǎn)生相應(yīng)的能力。

信號完整性是指信號在傳輸過程中是否保持其原始形態(tài)和質(zhì)量。在高速數(shù)字系統(tǒng)中，信號完整性非常重要，因?yàn)樾盘柺艿降脑肼暫褪д婵赡軙?huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤或故障。因此，信號完整性的分析和優(yōu)化是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。

以下是一些信號完整性的基礎(chǔ)知識(shí)：

1.時(shí)域和頻域

在信號完整性分析中，時(shí)域和頻域都是非常重要的概念。時(shí)域描述隨時(shí)間變化的信號波形，包括上升時(shí)間、下降時(shí)間，瞬態(tài)響應(yīng)等等。頻域描述信號的頻率特性，包括截止頻率、帶寬、幅度響應(yīng)等等。

2.常見的失真類型

在數(shù)字系統(tǒng)中，常見的失真類型包括內(nèi)插失真、抖動(dòng)、幅度失真和相位失真等。這些失真類型經(jīng)常與信號的傳輸有關(guān)，因此分析信號的失真類型可以幫助設(shè)計(jì)人員確定性能和可靠性要求。

3、信號完整性的設(shè)計(jì)方法（步驟）掌握信號完整性問題的相關(guān)知識(shí)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段采用規(guī)避信號完整性風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)方案，搭建穩(wěn)健的系統(tǒng)框架；對目標(biāo)電路板上的信號進(jìn)行分類，識(shí)別潛在的SI風(fēng)險(xiǎn)，確定SI設(shè)計(jì)的總體原則；在原理圖階段，按照一定的方法對部分問題提前進(jìn)行SI設(shè)計(jì)；PCB布線階段使用仿真工具量化信號的各項(xiàng)性能指標(biāo)，制定詳細(xì)SI設(shè)計(jì)規(guī)則；PCB布線結(jié)束后使用仿真工具驗(yàn)證信號電源等網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并適當(dāng)修改。

4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)信號質(zhì)量的各項(xiàng)特征：幅度、噪聲、邊沿、延時(shí)等。SI設(shè)計(jì)的任務(wù)就是識(shí)別影響這些特征的因素。難點(diǎn)1：影響信號質(zhì)量的因素非常多，這些因素有時(shí)相互依賴、相互影響、交叉在一起，抑制了某一因素可能會(huì)導(dǎo)致其他方面因素的惡化，所有需要對各因素反復(fù)權(quán)衡，做出系統(tǒng)化的綜合考慮；難點(diǎn)2：有些影響信號傳輸?shù)囊蛩厥强煽氐?，而有些是不可控的?信號完整性測試分類時(shí)域測試頻域測試；

信號完整性分析的傳輸線理論

傳輸線的定義

傳輸線可定義為傳輸電流的有信號回流的信號線，所以，電路板上的走線、同軸電纜、 雙絞線等有信號回流的信號傳輸路徑都可以看作傳輸線。前面我們說過，當(dāng)信號互連的電路 尺寸接近信號中設(shè)計(jì)者所關(guān)心的比較高頻率的波長時(shí)，互連線上不同位置的電壓或電流的大小 與相位均可能不相同，需要用到分布式元件來考慮。

現(xiàn)代的智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備等電子產(chǎn)品都內(nèi)含復(fù)雜的電路板，這些電路板上的走 線都可以認(rèn)為是傳輸線，它們負(fù)責(zé)把各種芯片連接在一起，并相互進(jìn)行通信， 克勞德高速數(shù)字信號測試實(shí)驗(yàn)室信號完整性使用示波器進(jìn)行波形測試；廣東信號完整性分析PCI-E測試

信號完整性測試所需工具說明；廣東信號完整性分析PCI-E測試

當(dāng)考慮信號完整性問題時(shí)，信號質(zhì)量(回沖、振鈴、邊沿時(shí)間)會(huì)對有效高低電平時(shí) 間產(chǎn)生影響。

抖動(dòng)(Jitter),按照ITU-T的定義，抖動(dòng)指輸出躍遷與其理想位置的偏差，如圖1-16所 示。在考慮并行總線的時(shí)序時(shí)，過多的抖動(dòng)可能浪費(fèi)寶貴的時(shí)鐘周期，或者導(dǎo)致獲得錯(cuò)誤的 數(shù)據(jù)。抖動(dòng)在設(shè)計(jì)時(shí)鐘脈沖發(fā)生和分發(fā)電路時(shí)起著重要作用。在考慮高速串行鏈路傳輸時(shí)， 過多的抖動(dòng)會(huì)造成誤碼率達(dá)不到指標(biāo)。抖動(dòng)的來源有很多，包括電源噪聲、電路板布線， 以及鎖相環(huán)輸入基準(zhǔn)時(shí)鐘在環(huán)路帶寬內(nèi)的噪聲或調(diào)制、串?dāng)_、環(huán)境溫度(熱干擾)、電磁 輻射等。 廣東信號完整性分析PCI-E測試