一般讨论的信号完整性基本上以研究数字电路为基础,研究数字电路的模拟特性。主要包含两个方面:信号的幅度(电压)和信号时序。
与信号完整性噪声问题有关的四类噪声源:1、单一网络的信号质量2、多网络间的串扰3、电源与地分配中的轨道塌陷4、来自整个系统的电磁干扰和辐射
当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时,该电路就有很好的信号完整性。当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时,就出现了信号完整性问题。信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。一般认为,当系统工作在50MHz时,就会产生信号完整性问题,而随着系统和器件频率的不断攀升,信号完整性的问题也就愈发突出。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起信号完整性问题,导致系统工作不稳定,甚至完全不能正常工作。 克劳德实验室提供信号完整性测试解决方案;信号完整性测试信号完整性测试信号完整性测试
我们现在看一个具体示例:图3中,两款示波器都已设置为800mV全屏显示。8位ADC示波器的分辨率是3.125mV,即,800mV除以28(256个量化电平)。10位ADC示波器的分辨率是0.781mV,即,800mV除以210(1024个量化电平)。计算出来的分辨率又被称作小量化电平,在正常采集模式下,是示波器能识别的信号小变化范围。示波器通常支持高分辨率采集模式,在该模式下,要得到正确的信号,示波器的模拟前端要能够防混叠,且采样率远大于实际需要的采样率。也有的厂家采用过采样技术配合DSP滤波器来提高示波器的垂直分辨率,然后给出一个指标,说高分辨率模式下,其位数是多少。以InfiniiumS系列示波器为例,其ADC固有分辨率是10位,高分辨率模式下是12位。高分辨率模式要求ADC实际支持的采样率远高于被测信号测量所需的硬件带宽。提升分辨率,可以选择更高位数的ADC,同时示波器的垂直刻度选择范围要更宽。信号完整性测试信号完整性测试信号完整性测试克劳德实验室提供完整信号完整性测试解决方案;
示波器噪声要想查看低电流和电压值或是大信号的细微变化,您应当选择具备低噪声性能(高动态范围)的示波器。注:您无法查看低于示波器本底噪声的信号细节。如果示波器本底噪声电平高于ADC的小量化电平,那么ADC的实际位数就达不到其标称位数应达到的理想性能。示波器的噪声来源包括其前端、模数转换器、探头、电缆等,对于示波器的总体噪声而言,模数转换器本身的量化误差的贡献通常较小,前端带来的噪声通常贡献较多数示波器厂商会在示波器出厂之前对其进行噪声测量,并将测量结果列入到产品技术资料中。如果您没有找到相应信息,您可以向厂商索要或是自行测试。示波器本底噪声测量非常简单,只需花上几分钟即可完成。首先,断开示波器前面板上的所有输入连接,设置示波器为50Ω输入路径。您也可以选择1MΩ路径。其次,设置存储器深度,比如1M点,把采样率设为高值,以得到示波器全带宽。,您也可以打开示波器的无限余辉显示,以查看测得波形的粗细。波形越粗,示波器的本底噪声越大。
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。对于未来的电子设备,频率越来越高,射频元器件越来越小,越来越集中化、模块化。因此电磁信号未来也会变得越来越密集,所以提前学习信号完整性和电源完整性相关的知识可能对于我们对于电路的设计更有益处吧。对信号完整性和电源完整性分析中常常分为五类问题:1、单信号线网的三种退化(反射、电抗,损耗)反射:一般都是由于阻抗不连续引起的,即没有阻抗匹配。反射系数=ZL-ZO/(ZL+ZO),其中ZO叫做特性阻抗,一般情况下中都为50Ω。为啥是50Ω,75Ω的的传输损耗小,33Ω的信道容量大,所以选择了他们的中间数50Ω。下图为点对电拓扑结构四种常用端接。 信号完整性分析方法信号完整性分析概述。
2.3 测量插入损耗和回波损耗在简单的应用中,TDR 的端口与单端传输线的末端相连。端口 1 是我们所熟悉的 TDR 响应,而通道 2 是发射的信号。如图 29 所示,在一条均匀的 8 英寸微带传输线的 TDR 响应中,线末端的阻抗为 50 欧姆。这个阻抗来自与被测件末端相连的电缆,终连接到 TDR 第二通道内的源端。
8英寸长微带传输线在20毫伏/格和500皮秒/格刻度下的TDR/TDT响应。此应用的时基为500皮秒/格,垂直刻度为20毫伏/格。游标用于提取47.4欧姆的线阻抗。注意绿线,即通过互连发送的信号,在100毫伏/格的刻度上,它显示出信号进入线的前端、正好在中途出来、反射离开后端,然后在源端接收。TDR信号着眼于信号在互连上的往返时间,然后再回到前端,而TDT信号则着眼于通过互连的单程。在时域显示中,我们可以看到在线两端加载SMA的阻抗不连续,并且能看到它不是完全均匀的传输线。以20毫伏/格的刻度或10%/格的反射系数来看,阻抗变化约为1欧姆。 信号完整性测试项目可以分为几大类;信号完整性测试信号完整性测试信号完整性测试
信号完整性测试分类时域测试频域测试;信号完整性测试信号完整性测试信号完整性测试
ADC、示波器前端架构及使用的探头决定了示波器硬件能够支持将垂直量程设置降到多低。所有示波器的垂直刻度设置都有一个极限点,超过这个点,硬件不再起作用,这时,即使用户继续使用旋钮将垂直刻度设置变得更低,也不会改进分辨率,因为这时用的是软件放大功能。示波器厂商通常将这个点作为转折点,在此之后,即使将示波器的垂直刻度设置得更小,也只能在显示效果上放大信号,但无法像用户期待的那样提高分辨率,因为这时示波器是用软件放波形。传统示波器在垂直量程设置降至10mV/格以下,就会启用软件放大功能。另外,部分厂商的示波器会在较小的垂直刻度设置(通常是10mV/格以下)时,自动将示波器带宽限制为远低于标称带宽的一个值。因为这些示波器的前端噪声过于明显,几乎不可能在全带宽上查看小信号。信号完整性测试信号完整性测试信号完整性测试
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根据经验,如果比特率为BR,信号带宽为BW,那么比较高正弦波频率分量大约为BW=0.5xBR,或BR=2xBW。BW由能通过互连传送的比较高频率信号决定,并且其衰减仍低于SerDes可以补偿的值。使用低端的SerDes时,可接受的插入损耗可能为-10分贝,我们能从图30的屏幕上读取的8英寸长微带线的带宽约为12GHz。这样操作就能在远高于20Gbps的比特率进行。但是,这只能用于8英寸长的宽幅导体。在较长的背板或母板上,有连接器、子卡和过孔,传输特性不会如此清晰。 带两个子卡的母板上24英寸互连的插入损耗和回波损耗。所示为一个典型的母板上24英寸长带状线互连的TDR/TDT响应。此例...