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1、SI、PI及高速電路設計培訓報告SI、PI及高速電路設計培訓報告（）報告人：Raul提交日期：20**-*-**12SI、PI及高速電路設計培訓報告一、前言2**至**日，我很榮幸地代表###參加了由中國電子標準協(xié)會主辦的《SI、PI及高速電路設計與案例分析培訓》的培訓班。培訓的主要目的為幫助廣大電子工程技術人員通過應用實例全面掌握信號完整性（SI）和電源完整性（PI）的分析方法與設計技巧，為企業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀的SI工程師，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。主講專家：**，現(xiàn)任某跨國公司高級研究員，曾任Intel、IBM高級硬件工
2、程師，負責高性能服務器基礎架構(gòu)研究。一直從事于高速系統(tǒng)的信號完整性和電源完整性分析，曾獲得公司多種獎項，擁有多項專利。主要研究方向為和實踐經(jīng)驗包括：Many-Core系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究、軟硬件協(xié)同仿真技術、基于IBM，Intel，AMD等不同架構(gòu)的系統(tǒng)設計、高速復雜系統(tǒng)設計及SI，PI，EMC仿真分析技術。通過這次培訓，我深受啟發(fā)，作為EMC工程師，在產(chǎn)品EMC設計和整改過程中，經(jīng)常遇到一些問題，經(jīng)常思考信號是怎樣傳播，怎樣才能降低產(chǎn)品的EMI等，通過這次培訓，讓我加深了對一些問題和現(xiàn)象的認識。對SI和PI問題有個系統(tǒng)的認
3、識，具體內(nèi)容從下面幾個方面講述。二、高速系統(tǒng)設計簡介1.什么是高速系統(tǒng)設計不同的工程師對于該問題有不同的認識：1)凡是頻率大于50MHz的信號，就是為高速信號，當板上頻率大于50MHz的信號占了1/3以上，就必須進行信號完整性設計；2)信號是否高速和頻率無直接關系，而是信號上升沿3)當信號所在的傳輸路徑長度大于1/6倍傳輸信號的波長時，信號被認為是高速信號；4)當信號沿著傳輸線傳播時，發(fā)生了嚴重的趨膚效應和電離損耗時，認為是高速信號。我的個人理解為，高速系統(tǒng)設計必須從電路板上的信號上升或下降時間已經(jīng)傳輸線的長度來考慮
4、，當傳輸延時大于上升時間的1/2時開始，我們就應該考慮信號完整性問題，因為隨著傳輸線長度的增加，傳輸延時也增加，反射回來的信號將影響驅(qū)動端的信號質(zhì)量，此時由此類電路組成的系統(tǒng)就屬于高速系統(tǒng)。2.高頻信號還是高速信號在高速系統(tǒng)中，對于高頻信號是指的為Frequency，是信號的頻率，一般為模擬信號。而高速信號，指的是Time，屬于時域，考慮的是時序關系。而且在高速系統(tǒng)中，所有的數(shù)字信號都是由模擬信號疊加而成，例如一個方波信號就可以通過下面的公式得出是由不同頻率的正弦波組成。12SI、PI及高速電路設計培訓報告通過這些理
5、論學習，讓我們能更加充分的理解，為什么SDCLK信號上升時間越短，高次諧波分量越大，對EMC的影響越大，因此我們在電路設計過程中在滿足系統(tǒng)時序的前提下，應該盡量降低這些高頻信號的上升時間。1.SI工作流程1)查找所以SI問題和根源；2)針對這些問題，在可行范圍內(nèi)，減小影響；3)在Prelayout階段，用分析工具進行方案驗證；4)在PostLaout階段，確認方案實施的正確性；5)利用仿真工具和個人經(jīng)驗知識，在產(chǎn)品性能和成本之間尋找平衡點。一、微波和傳輸線理論基礎1.傳輸線阻抗傳輸線的定義為信號路徑或數(shù)字信號傳送端與
6、接收端之間的導體連接線。傳輸線的要求是零衰減、帶寬無限大、對所有頻率線性相位響應，但事實并非如此。組成信號傳輸回路的兩個導體之間存在分布電感和分布電容，當信號沿該導體傳輸時，信號的躍變電壓（V）和躍變電流（I）的比值稱為特性阻抗（Z0），即Z0=V/I。我們可以結(jié)合傳輸線的具體結(jié)構(gòu)、尺寸、填充的媒質(zhì)來計算具體傳輸線的分布參數(shù)。通常給出的是單位長度傳輸線的分布參數(shù)，即電容、電感、電阻、電導。有了分布參數(shù)，我們就可以將均勻傳輸線分割成許多微分段。這樣，每個微分段可看作集中參數(shù)電路，其集中參數(shù)，其等效電路為一個π型網(wǎng)絡，如
7、下圖所示。整個傳輸線的等效電路就是無窮多個這樣的網(wǎng)絡的級聯(lián)。因此傳輸線的阻抗也能由下面的公式獲得。12SI、PI及高速電路設計培訓報告因此各種傳輸線的阻抗可以由近似公式求得：微帶線的特性阻抗計算公式為：帶狀線的計算公式為：在高速系統(tǒng)中，所有的工作特性都取決于組成系統(tǒng)各部分的阻抗特性，也就是說，在高速系統(tǒng)中所有的現(xiàn)象都可以用阻抗特性來解釋。由于傳輸線的阻抗不連續(xù)，發(fā)生阻抗突變，引起信號的反射，從而引起信號本身的畸變。因此分析傳輸線阻抗，是高速系統(tǒng)設計的基礎。1.傳輸線的損耗傳輸線的損耗包括以下幾個方面：導體的DC損耗；
8、導體交流高頻損耗、趨膚效應和鄰近效應造成導體的損耗、介質(zhì)損耗等。傳輸線的趨膚效應是指直流電流流過導體時，截面積上的電流密度是均勻的，但高頻交變電流流過導體時，電流密度越靠近表面越大，設集膚效應的表面深度為δ。δ=12SI、PI及高速電路設計培訓報告趨膚深度取決于信號的頻率，金屬的電導率和磁導率。鄰近效應是指兩個鄰近導體中的電流的相互吸引（或排斥
