信號完整性分析
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
信號完整性分析的視頻教程
3DIC HBM的信號與電源完整性分析在AI芯片的應用
但是HBM設計實施卻很困難，除了滿足嚴苛的interposer設計規則及信號完整性規則外，還必須考慮高位寬（1024 bits/2048 bits甚至4096 Bits）同步開關噪聲問題。本次研討會將聚焦HBM設計面臨的挑戰，并以一個全新的視角刨析針對3DIC HBM信號和電源完整性問題和相應的解決方案。
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金牌講師報告——ANSYS HFSS在信號完整性仿真的應用
ANSYS HFSS是一款針對任意三維結構的全波電磁場仿真分析軟件，具有使用范圍廣、仿真精度高等特點，并集成多種數值算法，可全面覆蓋電小尺寸到電大尺寸各種電磁場應用場景，對射頻微波和信號完整性進行評估分析。 電子產品設計中，我們需要借助ANSYS HFSS全三維電磁場仿真分析，來確定系統中的電磁鏈路或部件的信號完整性。
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ANSYS SIwave信號完整性仿真基礎
ANSYS SIwave是一款特別針對PCB、芯片封裝的SI/PI/EMC仿真工具，他與EDA設計工具無縫集成，涵蓋PCB從直流設計到去耦電容設計，從高速設計到EMC設計各個方面，幫助工程師深刻洞察電路器件與電磁場器件的相互作用，并能自動考慮PCB板上所有互連結構，如走線，過孔和焊盤等，對高速信號完整性及電源完整性進行評估分析。
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信號完整性分析的實例教程
摘 要：為了驗證頻域S 參數模型在PCB 信號完整性時域仿真方面的有效性，給出了一種基于信號線S 參數模型的信號完整性仿真驗證的方法并通過試驗進行了驗證。通過矢量網絡分析儀（VNA）測試PCB 信號線單端開路S 參數對ANSYS SIwave 軟件的PCB 走線S 參數模型結果進行修正，利用高速示波器對ANSYS Designer 軟件的時域仿真結果進行驗證。對某電子控制器PCB 的仿真和測試表明，該仿真驗證方法能夠比較有效地進行信號完整性分析。
1. 引言
傳統的“樣機-測試-改進-新樣機”式PCB 設計方法不僅耗時長、效率低、成本高，而且不能滿足產品快速更新換代的需求，固有的設計理念在進行高速復雜電路設計時顯得捉襟見肘。而如果能夠采用軟件進行信號完整性（Signal Integrity，SI）仿真分析，不僅能夠直觀地觀測各類信號的性能指標，還能有效地縮短研發周期、提高產品設計的一次成功率。
廣義的信號完整性問題是指包括反射、串擾、時延、EMI、同步開關噪聲、地彈、軌道塌陷等在內的所有影響信號質量的因素及其表現。目前，信號完整性分析的主要集中在時域仿真分析方面，主要代表軟件有Cadence[3]
，HyperLynx等，但是時域仿真不能很好的評價電源地平面諧振、電源地阻抗等電源完整性問題，這時就需要引入頻域模型。
本文是在基于時域信號完整性仿真分析流程的基礎上，引入了信號線頻域S 參數模型，并給出了基于S 參數模型的信號完整性仿真驗證流程。采用了ANSYS 公司的兩款電磁仿真軟件SIwave 及Designer 進行信號完整性仿真分析，并通過矢量網絡分析儀（VNA）和高速示波器對相關仿真參數進行了測試驗證。
展開 通過眼圖分析實現信號完整性的可視化
眼圖分析是探測信號完整性的最常用手段之一。眼圖也叫眼模式圖，是一種查看數字電路隨時間變化的響應的方法。將重復信號輸入分析電路，并隨時間變化測量輸出信號。每比特的數據都疊加在另一個比特位之上，X軸是時間，Y軸是振幅。由于輸入信號是方波，因此完美的電路將生成一個圖像，顯示頂部和底部的兩條水平線以及中間的兩條垂直線，這些線由一比特數據的長度水平分隔，由信號壓差垂直分隔。
但現實中沒有一條電路是完美的，因此圖像會變成像眼睛一樣的形狀。上述信號完整性問題表現為直線失真。下圖是表明電路有問題的典型值。上升時間、下降時間、抖動和眼交叉百分比等值表明了信號失真的情況以及進入系統的噪聲對信號的影響。
通過比較路由、幾何結構或材料修改前后的眼圖，設計人員可以了解這些更改是如何提高電路的信號完整性的。
這種分析方法的初衷是使用示波器快速為電路的信號完整性實現可視化。如今，工程師使用眼圖來根據仿真預期檢查電路性能。這可以使設計人員在遠遠早于原型設計PCB之前，就快速探索修改并查看影響。
信號完整性和集成電路（IC）
本文重點介紹PCB中的信號完整性，但IC芯片中的信號完整性也很重要。由于IC的尺寸較小而且數據速率更高，因此在布置集成電路以及定義互連時，信號完整性是一個更為重要的考慮因素。開關其它信號的耦合效應是芯片中出現SI問題的最大推手。此外，在芯片外部，用作與封裝互連的電線間距非常小，因此會產生大量串擾。
IC芯片的原型設計難度極大，因此可在設計流程中盡早使用仿真對信號完整性和電源完整性進行建模，以識別并糾正潛在問題。在啟動制造流程之前，使用這些工具驗證芯片，可了解其性能是否符合預期。
展開 信號完整性概念
信號設計核心問題
損耗
阻抗
串擾
均衡器
設計中的挑戰
Ansys信號完整性方案
信號完整性分析的基本流程
層疊設計
導體蝕刻&粗糙度
材料設計
傳輸線設計
阻抗
W model
過孔建模與優化
信號線整個通道參數提取
無源鏈路規范要求及分析（10G-BASE-KR為例）
規范IEEE 802.3 2015 Section5中Annex 69B Interconnect characteristics定義了背板架構的無源鏈路設計要求：
? IL (Insertion Loss)
? RL (Return Loss)
? ILD (Insertion Loss Deviation)
? ICR (Insertion Loss to Crosstalk Ratio)
無源鏈路的相應的曲線，必須滿足在設計指標之內。
展開 過大的過沖電壓經常長期性地沖擊會造成器件的損壞，下沖會降低噪聲容限，振鈴增加了信號穩定所需要的時間，從而影響到系統時序。
2、 串擾：在PCB中，串擾是指當信號在傳輸線上傳播時，因電磁能量通過互容和互感耦合對相鄰的傳輸線產生的不期望的噪聲干擾。
它是由不同結構引起的電磁場在同一區域里的相互作用而產生的。互容引發耦合電流，稱為容性串擾；
而互感引發耦合電壓，稱為感性串擾。在PCB上，串擾與走線長度、信號線間距，以及參考地平面的狀況等有關。
3、信號延遲和時序錯誤：信號在PCB的導線上以有限的速度傳輸，信號從驅動端發出到達接收端，其間存在一個傳輸延遲。
過多的信號延遲或者信號延遲不匹配可能導致時序錯誤和邏輯器件功能混亂。
基于信號完整性分析的高速數字系統設計分析不僅能夠有效地提高產品的性能，而且可以縮短產品開發周期，降低開發成本。
在數字系統向高速、高密度方向發展的情況下，掌握這一設計利器己十分迫切和必要。
在信號完整性分析的模型及計算分析算法的不斷完善和提高上，利用信號完整性進行計算機設計與分析的數字系統設計方法將會得到很廣泛、很全面的應用。
PCB信號完整性的步驟
1、設計前的準備工作
在設計開始之前，必須先行思考并確定設計策略，這樣才能指導諸如元器件的選擇、工藝選擇和電路板生產成本控制等工作。
就SI而言，要預先進行調研以形成規劃或者設計準則，從而確保設計結果不出現明顯的SI問題、串擾或者時序問題。
展開 降低信號的反射和串擾；改進信號的回流路徑，降低電源分配系統阻抗，同步開關噪聲，消除PCB上關鍵點和關鍵頻率的諧振，合理放置去耦電容改善電源地的阻抗與諧振，使用屏蔽過孔等措施減小PCB的邊緣輻射。
隨著信號的Tr變快，產品的EMC問題成為EDA設計的最大難點。EMC問題由來已久，涉及面較廣，隨著信號速率的提高和芯片尺寸的減少，傳統的EMI設計方法顯得力不從心。解決EMC問題和解決其它SI問題顯著的不同點在于EMC更依賴于測試，或者是仿真與測試過程兩者的融合，不同類型的EMI包括來自于信號互連的連接器，電纜，PCB的連線以及邊緣輻射等。
電源和信號完整性對EMI的性能有著直接的影響，從PCB設計階段控制EMI，能起到事半功倍的作用。我們通常采用下列幾種方法來分析并改進信號和電源完整性，從而減小EMI輻射。
1． 減少電源地平面間噪聲－電源完整性分析
2． 優化電源地系統阻抗－電源完整性分析
3． 降低串擾和反射－信號完整性分析
4． 改善同步開關噪聲－信號完整性分析
5．
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該模型采用機器學習方法模擬光學器件的非線性行為，使光學模塊能夠更好地在標準 SerDes 分析工具中建模并進行精確的信號完整性分析和高速仿真。</p><p><a href="https://v.ansys.com.cn/live/d5pfftV8?
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講師：
周錚 | Ansys 光學應用技術主管
周錚，Ansys 光學應用技術主管，華中科技大學和巴黎十一大光電信息工程碩士，主要負責 Ansys Lumerical 的技術支持與相關業務開發工作。
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新思科技多芯片簽核解決方案與 Ansys 多物理場仿真技術相結合，提供業界領先且全面的用于時序、熱、功率和信號完整性分析解決方案，重新定義多芯片系統Sign-Off新標準，歡迎感興趣的用戶報名參會！
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在此示例中，Ansys Circuit和INTERCONNECT用于對2.5D集成光收發器進行電光信號完整性仿真。該收發器由通過interposer層連接的電集成電路(EIC)和光子集成電路(PIC)組成。
Ansys Circuit用于對信號路徑的電學部分進行建模，INTERCONNECT用于對光學部分進行建模。單向信號傳輸用于連接信號路徑的電學部分和光學部分。Interposer層上的信號路徑使用
一期一會 | 什么是信號完整性？4個月前
不過，現代設計團隊非常了解信號完整性分析基礎、信號完整性影響現代電路設計的方式，以及識別和應對信號完整性問題的方法，因此，我們不僅可最大限度降低信號在其設備中的完整性問題，而且還可實現更小的外形尺寸和更高的頻率。
信號完整性分析基礎
在材料中移動的電子周圍的物理場，會損害信號的完整性。
在高速電路設計的領域里，電源完整性（Power Integrity, PI）已成為確保系統穩定運行的關鍵要素。隨著信號頻率的不斷攀升，電源網絡中的噪聲和阻抗不匹配問題日益凸顯，對設計工程師提出了前所未有的挑戰。在此背景下，一款高效、精準且易于使用的電源完整性分析工具顯得尤為重要。
一、電源完整性分析的重要性
在高速數字系統中，電源完整性直接關聯到信號的完整性、系統的穩定性和能效
