信號完整性的案例
一期一會 | 什么是信號完整性？
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 干貨｜如何確保PCB設計信號完整性？
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 【往年優秀論文】基于S 參數模型的信號完整性仿真驗證
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 信號完整性 | Ansys助力Autodesk Fusion 360改進PCB設計
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。
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關于信號完整性，你該了解的 | 招聘技術支持工程師
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！
展開 Ansys信號完整性仿真方案
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 【干貨分享】詳解PCB走線與信號完整性問題
高速信號的PCB走線
現在但凡打開SoC原廠的PCB Layout Guide，都會提及到高速信號的走線的拐角角度問題，都會說高速信號不要以直角走線，要以45度角走線，并且會說走圓弧會比45度拐角更好。
事實是不是這樣？PCB走線角度該怎樣設置，是走45度好還是走圓弧好？90度直角走線到底行不行？
大家開始糾結于PCB走線的拐角角度，也就是近十幾二十年的事情。上世紀九十年代初，PC界的霸主Intel主導定制了PCI總線技術。
似乎從PCI接口開始，我們開始進入了一個“高速”系統設計的時代。
電子設計和芯片制造技術按照摩爾定律往前發展，由于IC制程的工藝不斷提高，IC的晶體管開關速度也越來越快，各種總線的時鐘頻率也越來越快，信號完整性問題也在不斷的引起大家的研究和重視。
早期PCB拉線菌應該還是比較單純，把線路拉通、擼順，整潔、美觀即可，不用去關注各種信號完整性問題。比如下圖所示的HP經典的HP3456A萬用表的電路板，大量的90°角走線，幾乎是故意走的直角，絕大多數地方沒有鋪銅。
上面PCB板的右上角，不僅走直角不止，拐彎后，線寬還變小了，會造成信號反射問題，影響信號完整性。
展開 免費網絡課程| 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。
課程大綱：
1.SI/PI仿真必要性
2.SIwave功能介紹
3.SIwave信號完整性軟件操作演示
課程對象
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
培訓時長
2小時
培訓時間
3月24日（周二）19:30-21:30AM
主講講師簡介
劉捷,碩士學位,畢業于華中科技大學電信學院。現任IDAJ中國ANSYS高頻電磁產品技術經理。曾就職于業界知名通信公司從事射頻及光電硬件研發工作11年。
展開 官方免費 | 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。
講師簡介：
張書強，Ansys中國半導體事業部技術支持經理，自2010年加入Ansys以來，一直從事芯片-封裝-系統協同設計和協同仿真領域的技術支持工作。主要研究領域：芯片-封裝-系統電源/信號/熱完整性協同仿真分析，芯片功耗噪聲簽核分析。
時間：
2020/05/07 16:00~17:00
報名方式：
掃碼報名
或點擊鏈接報名：http://event.31huiyi.com/1854380264/index?c=jishulink
展開 資料包精選：PCB仿真設計、HyperLynx、Xpedition、電路設計、信號完整性...你要的都有！
??微信掃碼即可報名??
研討會內容
? PDN 噪聲分析方法
-時域的瞬態仿真模擬紋波
-頻域的阻抗曲線魯棒性設計方法
? Die 到穩壓模塊的完整建模
-穩壓模塊的建模和模型數值確定
-板級PDN 的通道的建模
-去耦電容的電感和偏置效應
-Chip Power Model模型的結構
? PDN 設計與優化的實用方法
報名福利
報名領取官方案例：《PADS Professional 入門》、《隔離電源完整性對信號完整性的影響類型的案例研究及緩解方法》
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串擾和反射能讓信號多不完整
信號完整性的定義
信號完整性（Signal Integrity,簡稱SI）定義是指在信號線上的信號質量。差的信號完整性不是由某一單一因素導致的，而是板級設計中多種因素共同 引起的。當電路中信號能以要求的時序、持續時間和電壓幅度到達接收端時，該電路就有很好的信號完整性。當信號不能正常響應時，就出現了信號完整性問題。
信號完整性包含：
波形完整性（Waveform integrity）
時序完整性（Timing integrity）
電源完整性（Power integrity）
信號完整性分析的目的就是用最小的成本，最快的時間使產品達到波形完 整性、時序完整性、電源完整性的要求。
展開 
論壇電磁，信號完整性課程太少了！
相比某秀，平臺電磁，信號完整性，光學等課程太少了！ 建議參考某秀平臺，拉專業老師入駐，繼續出高質量系統課程！ 希望平臺越來越好，課程質量數量越來越高！
一期一會 | 什么是電源完整性？
電源完整性（PI）屬于電子工程領域，專注于確保電子系統的電源輸送網絡（PDN）在整個系統中可以有效地提供穩定的電源。為了可以正常工作，印刷電路板（PCB）、集成電路（IC）和IC封裝需要持續穩定的供電電壓以及最小的電壓波動。同時，還不能干擾信號，并且最大限度地減少因發熱而損耗的能量。因此，設計中需要滿足電源完整性，從而提供可靠的信號完整性，使器件能夠在可接受的溫度范圍內運行，并最大限度地降低功耗。
工程師使用各種軟件工具和物理測試來評估、修改和改進電子系統中的電源輸送網絡（通常也稱為電源分配網絡）。
電源完整性與信號完整性密切相關，而工程師通常會對兩者同時進行分析。隨著電子系統變得更小、更復雜、電源要求更嚴格，以及頻率越高，電源完整性的重要性和挑戰也日益增加。
為什么電源完整性很重要？
乍看起來，相比于電子電路設計其他領域的復雜性，提供可靠的電源似乎相對簡單。只需將器件連接到電源，設置正確的電壓，然后為信號提供電源供電即可。然而，現實情況要復雜得多。電子的移動會產生磁場，從而干擾其他電路或由于電阻而導致功率損耗。
這就是為什么工程師都會在設計流程中盡早分析電源完整性，以發現任何潛在問題。現代電子產品十分復雜，涉及多個組件、層和互連，因此提供適當的電壓變化范圍極具挑戰。
現代電子產品是復雜的多組件裝配體，包括多個層、層間過孔以及器件之間的復雜互連。它在寬頻范圍內，不僅傳輸直流電源，同時也傳輸信號。
為了幫助我們理解電源完整性的重要性，我們不妨從三種主要類型的電源完整性問題入手。
電源電壓變化
外部交流電源或直流電源給電子系統供電。電源芯片將輸入電壓轉換為所需的系統直流電壓。但是，這種電源開關會引起瞬態電壓變化，由于電源網絡中電感的影響，導致供電電壓的峰值變化，這也被稱為電源噪聲或紋波。
引起電壓波動的另一個原因，是電流需求的快速變化。
展開 光收發器信號完整性分析（包含封裝效應）-AEDT-INTERCONNECT互操作性
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Ansys HFSS 3D電磁仿真計算出的S參數進行建模。
概述
了解仿真工作流和關鍵結果。
收發器信號路徑始于EIC上的driver，該driver通過interposer將10Gb/sNRZ信號發送到PIC上的耗盡型環形調制器。調制后的光信號經過一個代表信道損耗的衰減器，到達接收器上的光電探測器。光電流驅動接收信號通過interposer層返回到EIC上的電阻。
步驟1：發射器電路
該電路用于仿真EIC上的driver和PIC上的環形調制器之間發射器信號路徑的電學部分。
發射器電路由代表調制器driver的電壓源、Interposer層的狀態空間模型單元以及環形調制器的等效電路組成。Interposer層狀態空間模型基于Ansys HFSS進行3D電磁仿真計算出的電S參數生成。
環形調制器等效電路由兩個電阻和一個電容組成，分別代表調制器PN結的電阻和電容。等效電路中結電容兩端的電壓保存在一個文本文件中，并在下一步中用作環形調制器光學模型的輸入。
步驟2：光信道
Lumerical INTERCONNECT用于模擬由激光源、發射器和接收器組成的光信道。
上一步中記錄在文本文件中的電壓由“Signal Voltage”元件讀取，并用于驅動發射器中的環形調制器模型。
展開 【Ansys線上直播回看】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。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
隆重向大家推出Ansys行業應用大講堂“仿真體系建設驅動數字創新”系列在線研討會；5月，我們還將迎來Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例系列專題網絡研討會。非常有幸邀請到多位高級工程師為系列專題助陣，歡迎積極報名參加并關注后續精彩內容！
▼▼▼2020 Ansys網絡研討會有獎反饋 - 可免費獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓券及技術鄰金幣獎勵！
關于Simulation World
Simulation World是一場面向全球觀眾且為免費的在線虛擬盛會，將于2020年6月10日-11日舉行，屆時，來自Ansys，客戶和合作伙伴多名演講者將在此發表主題演講。內容涵蓋自動駕駛、電氣化、工業物聯網以及后疫情時代的數字化轉型等前沿趨勢探討，Ansys合作伙伴也將在其冠名的虛擬展廳中展示相關解決方案。立即掃碼報名！
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