信號完整性
關注創建者：光芯片高頻實驗室 創建時間：2018-06-29
信號完整性的視頻教程
金牌講師報告——ANSYS HFSS在信號完整性仿真的應用
ANSYS HFSS在信號完整性仿真的應用 適用人群：主要面向汽車電子、通信、高科技等行業的電子產品設計工程師或仿真工程師 ANSYS HFSS在信號完整性仿真的應用（免費）【已結束】 直播時間：2020-05-07 19:30 電子行業產品創新挑戰日益激烈，電子產品中的信號完整性問題凸顯。
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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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信號完整性的實例教程
系統的信號完整性（SI）是衡量電信號在進入和離開電路的整個過程中的變化程度的指標。對于數碼電子產品而言，該信號是一種電壓隨時間的推移在高值和低值之間變化的電流。
信號完整性是所有現代電子系統的基礎。該行業采用“完整性”一詞進行描述，因為它體現了遵循代碼、無消減而且完整、未分散。如果信號的波形因串擾、阻抗失配及損耗而與原始信號差異明顯，則接收器將無法讀取信號，從而導致信號完整性問題。這就是為什么信號完整性工程（分析和改進信號完整性問題）是設計集成電路（IC）、IC封裝和印刷電路板（PCB）的重要環節。
信號速度的增加以及PCB和封裝的尺寸縮小，將進一步增加處理信號完整性問題的挑戰。高速數字信號和更小的幾何結構可使信號噪聲和失真更明顯。不過，隨著挑戰的不斷增加，行業對如何應對這些挑戰的理解以及工程師用于定義、仿真和調整其電子系統的工具功能也會隨之增加。
由于材料中的電阻、移動電子產生的電磁場、其它電磁場產生的電流以及電路的電容，在電子從驅動器流向接收器時，會出現波形失真、噪聲、時間偏移和振幅減小的情況。在PCB中，材料、創建電路的跡線的形狀、各層的布置與厚度以及在層與層之間傳輸電流的方式，都會激發這些效應。
此外，還必須提及一些與電源完整性密切相關的問題。信號完整性應對的是PCB信號保真度問題，電源完整性則應對發送和接收這些信號的組件的電源的質量問題。影響信號完整性的阻抗、電感和衰減問題在電源完整性中也發揮著一定作用。此外，對某一方面進行調整可能會對另一方面產生負面影響，因此工程師改進設計時需要對這兩者進行仿真和測量。
為什么信號完整性很重要？
如果不解決信號完整性問題，數碼設備可能會出現嚴重問題。信號失真太大，就會導致無法正確接收電路中傳輸的0或1信號，并導致錯誤的二進制值，這時就會出現最嚴重的問題。
展開 信號完整性（Signal Integrity， SI）是指信號在信號線上的質量，即信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應的能力。
如果電路中信號能夠以要求的時序、持續時間和電壓幅度到達接收器，則可確定該電路具有較好的信號完整性。
反之，當信號不能正常響應時，就出現了信號完整性問題。
隨著高速器件的使用和高速數字系統設計越來越多，系統數據率、時鐘速率和電路密集度都在不斷地增加。
在這種設計中，系統快斜率瞬變和工作頻率很高，電纜、互連、印制板（PCB）和硅片將表現出與低速設計截然不同的行為，即出現信號完整性問題。
信號完整性問題能導致或者直接帶來諸如信號失真，定時錯誤，不正確的數據，地址、控制線和系統誤差等，甚至使系統崩潰，這已成為高速產品設計中非常值得注意的問題。
本文首先介紹了PCB信號完整性的問題，其次闡述了PCB信號完整性的步驟，最后介紹了如何確保PCB設計信號完整性的方法。
PCB信號完整性的問題
PCB的信號完整性問題主要包括信號反射、串擾、信號延遲和時序錯誤。
1、反射：信號在傳輸線上傳輸時，當高速PCB上傳輸線的特征阻抗與信號的源端阻抗或負載阻抗不匹配時，信號會發生反射，使信號波形出現過沖、下沖和由此導致的振鈴現象。
過沖（Overshoot）是指信號跳變的第一個峰值（或谷值），它是在電源電平之上或參考地電平之下的額外電壓效應；
下沖（Undershoot）是指信號跳變的下一 個谷值（或峰值）。
展開 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 由Ansys技術支持的Fusion 360信號完整性擴展在走線上疊加了色圖，以指示走線是否在公差范圍內。工程師可以立即查看走線中可能存在問題的地方（如不連續性），并可以移動走線（比如將走線拉直、或者將走線變寬、變窄），直至電路板上的所有走線都在顏色編碼所示的公差范圍內。此外，該擴展還可以提供有關信號長度、發射器到接收器的時間、電感、電阻、電容、延遲等參數的數據。
當達到了阻抗和公差要求，電路板就可以被用于研發流程的下一個步驟。由于已經過Ansys電磁工具的驗證，工程團隊可以確信PCB走線部分的設計是可靠的。
該嵌入式集成基于Fusion 360的Ansys電子數據庫（EDB）導出功能，可輕松連接Ansys Electronics Desktop，并讓信號完整性/電磁（SI/EMI）分析人員能夠繼續對產品的電磁性能進行詳細的仿真以及生成報告。通過結合使用Fusion 360信號完整性擴展和Ansys Electronics Desktop工作流程，用戶可以在研發流程的所有部分嵌入電磁學分析，加速產品上市進程，保證電磁兼容性（EMC），以及提高創新敏捷性，從而研發更智能的產品。
為PCB設計人員帶來的益處
Fusion 360信號完整性擴展可在設計流程的早期階段為PCB設計人員提供走線的，近乎實時的信號完整性數據，避免了多個樣板的打樣和測試，以及成本高昂的設計返工，從而節省了時間和資金。
展開 ANSYS芯片-封裝-系統 (CPS) 設計流程實現了強大的仿真功能，加快實現高速電子設備的電源完整性、信號完整性和 EMI 分析的速度。自動化熱力分析和集成式結構分析功能在芯片-封裝-主板上補足了業內最全面的芯片感知和系統感知仿真解決方案。
ANSYS 信號完整性 (SI) 分析產品對于現代高速電子設備中的高速串行通道、并行總線和完整的供電系統的設計十分重要。這些集成電磁學 (EM) 和電路仿真工具可預測 EMI/EMC、電源完整性和 SI 問題, 從而在構建和測試前優化系統性能。
許多影響印刷電路板 (PCB) 的電氣和熱力問題會對電子產品的整體信號完整性造成不利影響，如電磁干擾 (EMI)、串擾、電源完整性、過熱等。這些很難預測，測量起來也很昂貴。ANSYS 解決方案能夠減少高速數字系統的信號完整性問題，提高其可靠性和性能，從而一次性成功完成設計。
設計自動化功能使用戶可以：
從常用的布局工具導入設計
執行嚴格的電磁提取
耦合到全電路仿真
ANSYS中國技術支持團隊正在招兵買馬，現開放一個針對信號完整性的售后工程師崗位，此次招聘職位將面向ANSYS四地辦公室：北京、上海、成都及深圳，歡迎各位有志者踴躍申請！
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</strong></p><p>電子科技大學碩士，信號完整性工程師，目前主要從事高速鏈路建模及通道仿真工作，主要研究方向包括高速電-光通道系統級仿真與表征。
6月10日，Ansys將在深圳舉辦線下研討會——破局高速PCB制造瓶頸：Ansys多物理場與AI驅動設計與制造創新，將圍繞工廠加工制造過程中的信號完整性、熱設計、電磁兼容、結構仿真及制造可靠性等關鍵環節，系統展示多物理場與AI驅動下的設計與制造創新方案。
新思科技 3DIC Compiler 還與 RedHawk?SC?、RedHawk?SC Electrothermal? 以及 Ansys HFSS? 軟件實現集成，提供覆蓋熱、功耗及高速信號完整性的多物理場分析能力。
信號完整性（SI）對于高速電子設計十分關鍵，可確保高速數據和雙倍數據速率（DDR）存儲器接口實現準確可靠的傳輸。隨著人工智能、高性能計算、云服務器與智能終端持續發展，DDR內存接口正朝著更高速率、更高帶寬和更嚴苛可靠性的方向發展。從DDR5到LPDDR5X，再到未來更高規格標準，設計復雜度正呈指數級增長。對于企業而言，DDR已不只是硬件連接的一部分，更是決定系統性能與穩定性的關鍵環節。
我們的創新戰略主要集中在如下四個領域：
高帶寬、高速測量：提供動態測試臺和先進電動動力系統所需的性能
智能自診斷傳感器：將健康監測和預測性維護分析直接集成到我們的傳感器中，以確保信號完整性，并減少停機時間
微型化設計：微型化為機器人和協作機器人等行業開發體積更小、結構更緊湊的扭矩傳感器，在這些行業中，外形尺寸是一個關鍵的設計限制因素
集成式多測量單元：將扭矩、速度、功率、
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?
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。
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。
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。
同樣，芯片之間的高帶寬、低功耗接口需要進行詳細的電磁分析，以確保信號完整性，同時在日益嚴格的功率限制下運行，而隨著芯片到芯片通信速度的提高，這一挑戰也變得更加復雜。NPU及其他專用處理器通常在不同的電壓等級和變化的功耗需求下運行，因此這種復雜性還體現在跨多個域的電源完整性問題上。
在這三種材料之中，半導體的導電性對于這些組件的開發至關重要，因為其可以根據能效、信號完整性、熱管理和可靠性等方面的需求進行調節，以適應特定的應用場景。
如今，功率半導體SiC在包括電動汽車在內的各種電子應用中發揮著越來越重要的作用。其中，可靠性對于這些應用至關重要，這是因為上述大部分應用中，組件都必須承受極高的溫度。
