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时间:2024年05月26日 来源:

2.3.3信号完整性的意义

只要有信号的传输,就存在信号的完整性问题。归纳起来,信号完整性问题存在于以下三个层面。

①系统级信号完整性问题:进行设备与设备电气互联的信号传输时可能存在的信号完整性问题。

②板级信号完整性问题:进行电子模块上器件与器件电气互联的信号传输时可能存在的信号完整性问题。

③芯片级信号完整性问题:进行集成电路内部晶体管与晶体管电气互联的信号传输时可能存在的信号完整性问题。信号完整性是电子系统或设备研发必须满足的底线。如果某电子系统或设备中的任何一个电信号在传输过程不能保证其波形的完整性,接收端接收到信号后就不能作出正确解释,从而使系统或设备的功能因信号解释失误而导致失效,该电子系统或设备就不是一个功能和性能可靠的电子产品了 高速信号传输技术理论和概念繁多;USB测试高速信号传输眼图测试

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 高速信号传输技术的简单性

对于大多数电子设计工程师,高速信号传输技术,即SI、PI和EMC真的很难、很复杂吗?事实并非如此。对于大多数电子设计工程师来讲,掌握关于电磁兼容、信号完整性和电源完整性一般性的原理、概念和技术,就可以很好地从事研发工作了,深入掌握这些技能则是专业工程师的事。在这个意义上来说,掌握SI、PI和EMC相关技术是很容易的事情。

掌握一般性的原理、概念和技术为什么容易呢?对于大多数电子设计工程师,只需掌握以下这些知识。
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高速信号传输技术理论和概念繁多

对于大多数从事电子设计的工程师,由于没有系统的电磁兼容、信号完整性和电源完整性技术专业学习和培训,往往接触到许多众说纷纭的有关高速信号传输方面的解释,这些解释往往为了说明SI、PI和EMC相关理论、概念和技术,从不同的角度引入了很多概念和名词。比如,是“地”的概念,就有安全地、结构地、屏蔽地、数字地、模拟地、地平面、地信号等,而且这些地各有各的定义和用途。再比如,接“地”的方式也有很多要求,包括单点共地、多点共地、混合共地、数字地与模拟地分割、悬浮地等,它们有各自的特点和适用的场合。

这些概念和名词对于专业从事电磁兼容、信号完整性和电源完整性专业的工程师来讲或许不是问题,可能是对他们工程化技术方面的补充。但是,对于大多数电子设计工程师来讲,这可能令他们眼花缭乱、无所适从,而且对于产品设计中出现的问题,其往往不知道到底用什么概念去解释和解决。

高速信号和处理需要考虑三部分设计:

高速逻辑时序设计

高速电路散热设计

高速信号传输设计

1、信号传输的相关概念

概念:电信号、传输通道、信号传输、保形传输

重点:模拟信号可以看作“高速”信号,比较好整体不失真

数字信号失真度能够被控制在一定的范围内。

2、数字信号的特点:

(1)时域特点:周期,和上升时间

(2)频域特性:波形是时域的表现,频谱是频域的表现,通过傅里叶变换

(3)电信号的传输速度:与介质常数有关

(4)信号完整性:SignalIntegrity

(5)电源完整性:PowerIntegrity

(6)电磁兼容性:ElectroMagneticCompatibility(EMC) 高速信号传输逻辑时序设计;

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数字信号的时域特性

例如,一个周期为T=25ns的时钟信号,其时钟频率为f=1/25ns=0.04GHz=40MHz。信号的上升时间通常定义为信号从终值的10%跃变到90%所经历的时间,又称之为10~90上升时间。信号的下降时间定义为从终值的90%跃变到10%所经历的时间。2.1.3数字信号的频域特性任何一个信号都可以由一组正弦波组合而成,在数学上可以将信号波形的数学描述通过傅里叶变换转换为一组正弦波,每一个正弦波称为信号的一个频率分量,每一个频率分量都有相关的幅度和相位,我们把所有这些频率值及其幅度值的称为信号的频谱。信号的波形是时域的表现,信号的频谱是频域的表现,把时域信号以信号的频谱表示称为信号的时域—频域变换,即傅里叶变换。如果我们知道信号的频谱,要观察它的时域波形,只需将每个频率分量变换成它的时域正弦波,再将其全部叠加即可,这个过程称为傅里叶逆变换。
高速信号的传输的工程化技术;青海高速信号传输执行标准

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2.3.1信号完整性的定义信号完整性,

英文为SignalIntegrity,简称SI,指信号在传输过程中,其波形保持不变或只在可容许范围内失真,不影响信号接收器对信号的正确接收和解码。信号完整性表示信号的质量在经过传输通道传输后仍保持相对良好的特性。我们以“河道中的波浪”类比信号传输通道上的电信号,以河道与“空中的水汽通道”组成的波浪传输通道类比信号传输通道,可以更直观地理解信号完整性的概念,虽然这个类比不是十分恰当。

一条河道连接上游和下游两个水库,平静的河流在河道中流淌,当上游水库的闸门突然被抬高(或压低)时,河流上游端的水位由于水库出水量的突然增加(或减少)而升高(或下降),水位的升高(或下降)变化形成一个一定形状的波浪,波浪沿着河道向下游移动,直到下游水库入口处。波浪在移动到下游水库入口处时,其形状有两种情况:一是波浪的形状与在上游水库出口处形成时的形状保持着一定程度的相似性,我们就认为波浪形状在移动过程中是良好的,是完整的;二是由于各种原因使得波浪的形状与形成时的形状有很大差别,我们就认为波浪的形状是不良好的,是不完整的。 USB测试高速信号传输眼图测试

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