开篇先打个广告:
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广义上讲,由互连线引起的所有的问题。
包括:时序、噪声、电磁干扰;简单的理解,就是在一个周期如何分配合理时隙,使得IC能转换成合理的数据。
噪声是主要要解决的问题,它包含振铃、反射、串扰、开关噪声、非单调性、电源噪声。
所有与信号完整性噪声问题有关的问题可以总结为4类:- 单一网络的信号完整性
这里面有一个很重要的概念,作为硬件工程师,一定要形成条件反射:
返回路径
单一网络的信号质量与返回路径物理特征有很大关系。如果记住这个点,很多layout的错误很容易被发现。
关键信号要注意的点:
线宽是否变化(这个要更加特征阻抗确定)
参考平面是否完整
是否有分支线
特征阻抗是否连续
2. 两个或多个网络的串扰
这主要解决的是线与线之间的耦合关系,我们通常说3W间距,地孔隔离带,减少平行走线的长度等就是为了解决线与线之间的干扰。
这个地方可以从特征阻抗模型分析,平行线有电感耦合与电容的因素。这样在信号传输的过程中总有充放电和电磁耦合的现象。
串扰可以分为近端耦合,与远端耦合,近端耦合很容易饱和,远端耦合幅值很大。
后面章节会具体说明。
3. 电源和地的轨道塌陷
这个就是电源压降。
本质上是由互连线之间的阻抗过大造成的。当电流过大,而目标阻抗过大所造成的电压跌落现象。
也就是我们经常会看到,目标阻抗最小化问题。
在原理图设计的时候:耦合电容的容值选择,数量的选择;
在PCB设计的时候:电容去耦半径,过孔寄生电容和电感,电源层的设置,封装寄生效应;
电源完整性我也会在后续章节来介绍。
4. 系统电磁干扰和辐射
分为EMI和EMC
目前,国内开始重视EMC的管控,我的每个产品都有EMC要求,最近几年基本上是解决EMC问题。因为这东西和原理关系不大,主要是参数选择和布局走线的控制。
我们通常会听到整改方案提到一对关键词: 共模和差模 ;
共模辐射强度和频率是线性关系。
差模辐射强度和频率是平方关系。
辐射问题,我们要有意识的定位三个问题:
噪声源 :这个过程就比较复杂了,需要你熟悉系统的信号流向。
辐射路径 :有线和无线
天线 :接口连线,插接
注:减小回路面积和伴地处理在很多情况下是非常有效的手段。
总结随着项目经验丰富,你会发现信号完整信本质上就是在解决阻抗问题。
阻抗会引起信号失真,会导致电源压降,会导致辐射。
业界一直有两种人:经验主义和理论主义.
前者过分套用所谓的准则,让设计很被动,总是畏手畏脚。
后者过分最求参数,虽然可靠性上来了,但是设计成本和周期也成倍增长。
我认为,结果是最好的经验,一切都要在成本和时间面前妥协。
有限的精力放在相对关键的信号上。
其他信号,多一点少一点,关系真不大。
后面文章中,我会从多个角度重点分析。
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