現代的電子設計和芯片制造技術正在飛速發展，電子產品的復雜度、時鐘和總線頻率等等都呈快速上升趨勢，但系統的電壓卻不斷在減小，所有的這一切加上產品投放市場的時間要求給設計師帶來了前所未有的巨大壓力。要想保證產品的一次性成功就必須能預見設計中可能出現的各種問題，并及時給出合理的解決方案，對于高速的數字電路來說，最令人頭大的莫過于如何確保瞬時跳變的數字信號通過較長的一段傳輸線，還能完整地被接收，并保證良好的電磁兼容性，這就是目前頗受關注的信號完整性（SI）問題。本章就是圍繞信號完整性的問題，讓大家對高速電路有個基本的認識，并介紹一些相關的基本概念。 第一章 高速數字電路概述.....................................................................................51.1 何為高速電路...............................................................................................51.2 高速帶來的問題及設計流程剖析...............................................................61.3 相關的一些基本概念...................................................................................8第二章 傳輸線理論...............................................................................................122.1 分布式系統和集總電路.............................................................................122.2 傳輸線的RLCG 模型和電報方程...............................................................132.3 傳輸線的特征阻抗.....................................................................................142.3.1 特性阻抗的本質.................................................................................142.3.2 特征阻抗相關計算.............................................................................152.3.3 特性阻抗對信號完整性的影響.........................................................172.4 傳輸線電報方程及推導.............................................................................182.5 趨膚效應和集束效應.................................................................................232.6 信號的反射.................................................................................................252.6.1 反射機理和電報方程.........................................................................252.6.2 反射導致信號的失真問題.................................................................302.6.2.1 過沖和下沖.....................................................................................302.6.2.2 振蕩：.............................................................................................312.6.3 反射的抑制和匹配.............................................................................342.6.3.1 串行匹配.........................................................................................352.6.3.1 并行匹配.........................................................................................362.6.3.3 差分線的匹配.................................................................................392.6.3.4 多負載的匹配.................................................................................41第三章 串擾的分析...............................................................................................423.1 串擾的基本概念.........................................................................................423.2 前向串擾和后向串擾.................................................................................433.3 后向串擾的反射.........................................................................................463.4 后向串擾的飽和.........................................................................................463.5 共模和差模電流對串擾的影響.................................................................483.6 連接器的串擾問題.....................................................................................513.7 串擾的具體計算.........................................................................................543.8 避免串擾的措施.........................................................................................57第四章 EMI 抑制....................................................................................................604.1 EMI/EMC 的基本概念..................................................................................604.2 EMI 的產生..................................................................................................614.2.1 電壓瞬變.............................................................................................614.2.2 信號的回流.........................................................................................624.2.3 共模和差摸EMI ..................................................................................634.3 EMI 的控制..................................................................................................654.3.1 屏蔽.....................................................................................................654.3.1.1 電場屏蔽.........................................................................................654.3.1.2 磁場屏蔽.........................................................................................674.3.1.3 電磁場屏蔽.....................................................................................674.3.1.4 電磁屏蔽體和屏蔽效率.................................................................684.3.2 濾波.....................................................................................................714.3.2.1 去耦電容.........................................................................................714.3.2.3 磁性元件.........................................................................................734.3.3 接地.....................................................................................................744.4 PCB 設計中的EMI.......................................................................................754.4.1 傳輸線RLC 參數和EMI ........................................................................764.4.2 疊層設計抑制EMI ..............................................................................774.4.3 電容和接地過孔對回流的作用.........................................................784.4.4 布局和走線規則.................................................................................79第五章 電源完整性理論基礎...............................................................................825.1 電源噪聲的起因及危害.............................................................................825.2 電源阻抗設計.............................................................................................855.3 同步開關噪聲分析.....................................................................................875.3.1 芯片內部開關噪聲.............................................................................885.3.2 芯片外部開關噪聲.............................................................................895.3.3 等效電感衡量SSN ..............................................................................905.4 旁路電容的特性和應用.............................................................................925.4.1 電容的頻率特性.................................................................................935.4.3 電容的介質和封裝影響.....................................................................955.4.3 電容并聯特性及反諧振.....................................................................955.4.4 如何選擇電容.....................................................................................975.4.5 電容的擺放及Layout ........................................................................99第六章 系統時序.................................................................................................1006.1 普通時序系統...........................................................................................1006.1.1 時序參數的確定...............................................................................1016.1.2 時序約束條件...................................................................................1066.2 源同步時序系統.......................................................................................1086.2.1 源同步系統的基本結構...................................................................1096.2.2 源同步時序要求...............................................................................110第七章 IBIS 模型................................................................................................1137.1 IBIS 模型的由來...................................................................................... 1137.2 IBIS 與SPICE 的比較.............................................................................. 1137.3 IBIS 模型的構成...................................................................................... 1157.4 建立IBIS 模型......................................................................................... 1187.4 使用IBIS 模型......................................................................................... 1197.5 IBIS 相關工具及鏈接..............................................................................120第八章 高速設計理論在實際中的運用.............................................................1228.1 疊層設計方案...........................................................................................1228.2 過孔對信號傳輸的影響...........................................................................1278.3 一般布局規則...........................................................................................1298.4 接地技術...................................................................................................1308.5 PCB 走線策略............................................................................................134
標簽： 信號完整性
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第一部分 信號完整性知識基礎.................................................................................5第一章 高速數字電路概述.....................................................................................51.1 何為高速電路...............................................................................................51.2 高速帶來的問題及設計流程剖析...............................................................61.3 相關的一些基本概念...................................................................................8第二章 傳輸線理論...............................................................................................122.1 分布式系統和集總電路.............................................................................122.2 傳輸線的RLCG 模型和電報方程...............................................................132.3 傳輸線的特征阻抗.....................................................................................142.3.1 特性阻抗的本質.................................................................................142.3.2 特征阻抗相關計算.............................................................................152.3.3 特性阻抗對信號完整性的影響.........................................................172.4 傳輸線電報方程及推導.............................................................................182.5 趨膚效應和集束效應.................................................................................232.6 信號的反射.................................................................................................252.6.1 反射機理和電報方程.........................................................................252.6.2 反射導致信號的失真問題.................................................................302.6.2.1 過沖和下沖.....................................................................................302.6.2.2 振蕩：.............................................................................................312.6.3 反射的抑制和匹配.............................................................................342.6.3.1 串行匹配.........................................................................................352.6.3.1 并行匹配.........................................................................................362.6.3.3 差分線的匹配.................................................................................392.6.3.4 多負載的匹配.................................................................................41第三章 串擾的分析...............................................................................................423.1 串擾的基本概念.........................................................................................423.2 前向串擾和后向串擾.................................................................................433.3 后向串擾的反射.........................................................................................463.4 后向串擾的飽和.........................................................................................463.5 共模和差模電流對串擾的影響.................................................................483.6 連接器的串擾問題.....................................................................................513.7 串擾的具體計算.........................................................................................543.8 避免串擾的措施.........................................................................................57第四章 EMI 抑制....................................................................................................604.1 EMI/EMC 的基本概念..................................................................................604.2 EMI 的產生..................................................................................................614.2.1 電壓瞬變.............................................................................................614.2.2 信號的回流.........................................................................................624.2.3 共模和差摸EMI ..................................................................................634.3 EMI 的控制..................................................................................................654.3.1 屏蔽.....................................................................................................654.3.1.1 電場屏蔽.........................................................................................654.3.1.2 磁場屏蔽.........................................................................................674.3.1.3 電磁場屏蔽.....................................................................................674.3.1.4 電磁屏蔽體和屏蔽效率.................................................................684.3.2 濾波.....................................................................................................714.3.2.1 去耦電容.........................................................................................714.3.2.3 磁性元件.........................................................................................734.3.3 接地.....................................................................................................744.4 PCB 設計中的EMI.......................................................................................754.4.1 傳輸線RLC 參數和EMI ........................................................................764.4.2 疊層設計抑制EMI ..............................................................................774.4.3 電容和接地過孔對回流的作用.........................................................784.4.4 布局和走線規則.................................................................................79第五章 電源完整性理論基礎...............................................................................825.1 電源噪聲的起因及危害.............................................................................825.2 電源阻抗設計.............................................................................................855.3 同步開關噪聲分析.....................................................................................875.3.1 芯片內部開關噪聲.............................................................................885.3.2 芯片外部開關噪聲.............................................................................895.3.3 等效電感衡量SSN ..............................................................................905.4 旁路電容的特性和應用.............................................................................925.4.1 電容的頻率特性.................................................................................935.4.3 電容的介質和封裝影響.....................................................................955.4.3 電容并聯特性及反諧振.....................................................................955.4.4 如何選擇電容.....................................................................................975.4.5 電容的擺放及Layout ........................................................................99第六章 系統時序.................................................................................................1006.1 普通時序系統...........................................................................................1006.1.1 時序參數的確定...............................................................................1016.1.2 時序約束條件...................................................................................1063.2 高速設計的問題.......................................................................................2093.3 SPECCTRAQuest SI Expert 的組件.......................................................2103.3.1 SPECCTRAQuest Model Integrity .................................................2103.3.2 SPECCTRAQuest Floorplanner/Editor .........................................2153.3.3 Constraint Manager .......................................................................2163.3.4 SigXplorer Expert Topology Development Environment .......2233.3.5 SigNoise 仿真子系統......................................................................2253.3.6 EMControl .........................................................................................2303.3.7 SPECCTRA Expert 自動布線器.......................................................2303.4 高速設計的大致流程...............................................................................2303.4.1 拓撲結構的探索...............................................................................2313.4.2 空間解決方案的探索.......................................................................2313.4.3 使用拓撲模板驅動設計...................................................................2313.4.4 時序驅動布局...................................................................................2323.4.5 以約束條件驅動設計.......................................................................2323.4.6 設計后分析.......................................................................................233第四章 SPECCTRAQUEST SIGNAL EXPLORER 的進階運用..........................................2344.1 SPECCTRAQuest Signal Explorer 的功能包括：................................2344.2 圖形化的拓撲結構探索...........................................................................2344.3 全面的信號完整性(Signal Integrity)分析.......................................2344.4 完全兼容 IBIS 模型...............................................................................2344.5 PCB 設計前和設計的拓撲結構提取.......................................................2354.6 仿真設置顧問...........................................................................................2354.7 改變設計的管理.......................................................................................2354.8 關鍵技術特點...........................................................................................2364.8.1 拓撲結構探索...................................................................................2364.8.2 SigWave 波形顯示器........................................................................2364.8.3 集成化的在線分析(Integration and In-process Analysis) .236第五章 部分特殊的運用...............................................................................2375.1 Script 指令的使用..................................................................................2375.2 差分信號的仿真.......................................................................................2435.3 眼圖模式的使用.......................................................................................249第四部分：HYPERLYNX 仿真工具使用指南............................................................251第一章 使用LINESIM 進行前仿真.......................................................................2511.1 用LineSim 進行仿真工作的基本方法...................................................2511.2 處理信號完整性原理圖的具體問題.......................................................2591.3 在LineSim 中如何對傳輸線進行設置...................................................2601.4 在LineSim 中模擬IC 元件.....................................................................2631.5 在LineSim 中進行串擾仿真...................................................................268第二章 使用BOARDSIM 進行后仿真......................................................................2732.1 用BOARDSIM 進行后仿真工作的基本方法...................................................2732.2 BoardSim 的進一步介紹..........................................................................2922.3 BoardSim 中的串擾仿真..........................................................................309
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電路板布局………………………………………42.1 電源和地…………………………………………………………………….42.1.1 感抗……………………………………………………………………42.1.2 兩層板和四層板………………………………………………………42.1.3 單層板和二層板設計中的微處理器地……………………………….42.1.4 信號返回地……………………………………………………………52.1.5 模擬數字和高壓…………………………………………………….52.1.6 模擬電源引腳和模擬參考電壓……………………………………….52.1.7 四層板中電源平面因該怎么做和不應該怎么做…………………….52.2 兩層板中的電源分配……………………………………………………….62.2.1 單點和多點分配……………………………………………………….62.2.2 星型分配………………………………………………………………62.2.3 格柵化地……………………………………………………………….72.2.4 旁路和鐵氧體磁珠……………………………………………………92.2.5 使噪聲靠近磁珠……………………………………………………..102.3 電路板分區………………………………112.4 信號線……………………………………………………………………...122.4.1 容性和感性串擾……………………………………………………...122.4.2 天線因素和長度規則………………………………………………...122.4.3 串聯終端傳輸線…………………………………………………..132.4.4 輸入阻抗匹配………………………………………………………...132.5 電纜和接插件……………………………………………………………...132.5.1 差模和共模噪聲……………………………………………………...142.5.2 串擾模型……………………………………………………………..142.5.3 返回線路數目……………………………………..142.5.4 對板外信號I/O的建議………………………………………………142.5.5 隔離噪聲和靜電放電ESD ……………………………………….142.6 其他布局問題……………………………………………………………...142.6.1 汽車和用戶應用帶鍵盤和顯示器的前端面板印刷電路板………...152.6.2 易感性布局…………………………………………………………...15
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減小電磁干擾的印刷電路板設計原則 內 容 摘要……1 1 背景…1 1.1 射頻源.1 1.2 表面貼裝芯片和通孔元器件.1 1.3 靜態引腳活動引腳和輸入.1 1.4 基本回路……..2 1.4.1 回路和偶極子的對稱性3 1.5 差模和共模…..3 2 電路板布局…4 2.1 電源和地…….4 2.1.1 感抗……4 2.1.2 兩層板和四層板4 2.1.3 單層板和二層板設計中的微處理器地.4 2.1.4 信號返回地……5 2.1.5 模擬數字和高壓…….5 2.1.6 模擬電源引腳和模擬參考電壓.5 2.1.7 四層板中電源平面因該怎么做和不應該怎么做…….5 2.2 兩層板中的電源分配.6 2.2.1 單點和多點分配.6 2.2.2 星型分配6 2.2.3 格柵化地.7 2.2.4 旁路和鐵氧體磁珠……9 2.2.5 使噪聲靠近磁珠……..10 2.3 電路板分區…11 2.4 信號線……...12 2.4.1 容性和感性串擾……...12 2.4.2 天線因素和長度規則...12 2.4.3 串聯終端傳輸線…..13 2.4.4 輸入阻抗匹配...13 2.5 電纜和接插件……...13 2.5.1 差模和共模噪聲……...14 2.5.2 串擾模型……..14 2.5.3 返回線路數目..14 2.5.4 對板外信號I/O的建議14 2.5.5 隔離噪聲和靜電放電ESD .14 2.6 其他布局問題……...14 2.6.1 汽車和用戶應用帶鍵盤和顯示器的前端面板印刷電路板...15 2.6.2 易感性布局…...15 3 屏蔽..16 3.1 工作原理…...16 3.2 屏蔽接地…...16 3.3 電纜和屏蔽旁路………………..16 4 總結…………………………………………17 5 參考文獻………………………17
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半導體的產品很多，應用的場合非常廣泛，圖一是常見的幾種半導體元件外型。半導體元件一般是以接腳形式或外型來劃分類別，圖一中不同類別的英文縮寫名稱原文為 PDID：Plastic Dual Inline Package SOP：Small Outline Package SOJ：Small Outline J-Lead Package PLCC：Plastic Leaded Chip Carrier QFP：Quad Flat Package PGA：Pin Grid Array BGA：Ball Grid Array 雖然半導體元件的外型種類很多，在電路板上常用的組裝方式有二種，一種是插入電路板的銲孔或腳座，如PDIP、PGA，另一種是貼附在電路板表面的銲墊上，如SOP、SOJ、PLCC、QFP、BGA。 從半導體元件的外觀，只看到從包覆的膠體或陶瓷中伸出的接腳，而半導體元件真正的的核心，是包覆在膠體或陶瓷內一片非常小的晶片，透過伸出的接腳與外部做資訊傳輸。圖二是一片EPROM元件，從上方的玻璃窗可看到內部的晶片，圖三是以顯微鏡將內部的晶片放大，可以看到晶片以多條銲線連接四周的接腳，這些接腳向外延伸並穿出膠體，成為晶片與外界通訊的道路。請注意圖三中有一條銲線從中斷裂，那是使用不當引發過電流而燒毀，致使晶片失去功能，這也是一般晶片遭到損毀而失效的原因之一。 圖四是常見的LED，也就是發光二極體，其內部也是一顆晶片，圖五是以顯微鏡正視LED的頂端，可從透明的膠體中隱約的看到一片方型的晶片及一條金色的銲線，若以LED二支接腳的極性來做分別，晶片是貼附在負極的腳上，經由銲線連接正極的腳。當LED通過正向電流時，晶片會發光而使LED發亮，如圖六所示。 半導體元件的製作分成兩段的製造程序，前一段是先製造元件的核心─晶片，稱為晶圓製造；後一段是將晶中片加以封裝成最後產品，稱為IC封裝製程，又可細分成晶圓切割、黏晶、銲線、封膠、印字、剪切成型等加工步驟，在本章節中將簡介這兩段的製造程序。
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微電腦型單相交流集合式電表（單相二線系統） 特點： 精確度0.25%滿刻度±1位數 可同時量測與顯示交流電壓,電流,頻率,瓦特,(功率因數/視在功率) 交流電壓,電流,瓦特皆為真正有效值(TRMS) 交流電流,瓦特之小數點可任意設定 瓦特單位W或KW可任意設定 CT比可任意設定(1至999) 輸入與輸出絕緣耐壓 2仟伏特/1分鐘( 突波測試強度4仟伏特(1.2x50us) 數位RS-485界面 (Optional) 主要規格： 精確度: 0.1% F.S.±1 digit (Frequency) 0.25% F.S.±1 digit(ACA,ACV,Watt,VA) 0.25% F.S. ±0.25o(Power Factor) (-.300~+.300) 輸入負載: <0.2VA (Voltage) <0.2VA (Current) 最大過載能力: Current related input: 3 x rated continuous 10 x rated 30 sec. 25 x rated 3sec. 50 x rated 1sec. Voltage related input: maximum 2 x rated continuous 過載顯示: "doFL" 顯示值范圍: 0~600.0V(Voltage) 0~999.9Hz(Frequency)(<20% for voltage input) 0~19999 digit adjustable(Current,Watt,VA) 取樣時間: 2 cycles/sec. RS-485通訊位址: "01"-"FF" RS-485傳輸速度: 19200/9600/4800/2400 selective RS-485通信協議: Modbus RTU mode 溫度系數: 100ppm/℃ (0-50℃) 顯示幕: Red high efficiency LEDs high 10.16 mm(0.4") 參數設定方式: Touch switches 記憶型式: Non-volatile E²PROM memory 絕緣抗阻: >100Mohm with 500V DC 絕緣耐壓能力: 2KVac/1 min. (input/output/power) 1600 Vdc (input/output) 突波測試: ANSI c37.90a/1974,DIN-IEC 255-4 impulse voltage 4KV(1.2x50us) 使用環境條件: 0-50℃(20 to 90% RH non-condensed) 存放環境條件: 0-70℃(20 to 90% RH non-condensed) CE認證: EN 55022:1998/A1:2000 Class A EN 61000-3-2:2000 EN 61000-3-3:1995/A1:2001 EN 55024:1998/A1:2001
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特點： 精確度0.05%滿刻度±1位數 可量測交直流電流/交直流電壓/電位計/傳送器/Pt-100/熱電偶/荷重元/電阻等信號 顯示范圍-19999-99999可任意規劃 具有自動歸零或保持或開根號或雙顯示功能 小數點可任意規劃 尺寸小,穩定性高
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特點 精確度0.05%滿刻度 ±1位數 可量測 交直流電流/交直流電壓/電位計/傳送器/Pt-100/荷重元/電阻 等信號 顯示范圍0- ±19999可任意規劃 具有自動歸零與保持(開根號)功能 具有9段線性折補功能 4組警報功能 15BIT 類比輸出功能 數位RS-485界面
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特點 精確度0.05%滿刻度 ±1位數 可量測交直流電流/交直流電壓/電位計/傳送器/Pt-100/熱電偶/荷重元/電阻 等信號 顯示范圍-19999-99999可任意規劃 具有自動歸零或保持或開根號或雙顯示功能 小數點可任意規劃 尺寸小,穩定性高
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特點 精確度0.1%滿刻度 ±1位數 顯示范圍-1999-+1999位數 可顯示與產生精密直流毫安電流,直流電壓 盤面電位計直接設定,操作簡易 尺寸小,穩定性高
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