高速信号传输系列

高速信号传输——信号完整性

信号的回路信号传输线：信号路径、信号回路、中间介质构成信号自己回路的原则：直流电流：寻找小的电阻、与信号路径组成信号环路面积小的回路交流电流：阻抗小、与信号路径组成的信号环路面积小的回路电信号=直流+交流回路也就包括的直流信号回路和交流信号回路。

特征阻抗与反射(1) 特征阻抗定义：特性阻抗是射频传输线影响无线电波电压、电流的幅值和相位变化的固有特性，等于各处的电压与电流的比值，用V/I表示。

(2)这样的突变也就会导致信号的反射。

(3)差分线和单端信号线差分线一个对应正极性，一个对应负极性，还有一条用于实现信号回流的线单端信号线：一条信号路径和信号回流的线

（4)大地与“基准地”大地的概念：用于屏蔽和吸收大量电荷的物体，“大地”的意义也就在于为其所连接的物体提供一个收放多余电荷和垃圾电荷的地方在设计的时候应当去掉“地”的概念，聚焦信号回路概念。

（5）信号类型模拟信号和数字信号单端信号和差分信号分成了：

单端模拟

差分模拟

单端数字

差分数字 高速信号传输工程化技术内容；高速信号传输系列

高速信号传输技术的复杂性

（1）与高速信号传输相关的理论及概念缺失在学术上，与高速信号传输相关的SI、PI和EMC理论、概念和技术相当完整和成熟。但是，高速信号传播在电子设计工程化技术方面的理论和概念严重缺失。大多数从事电子设计专业的工程师缺少SI、PI和EMC相关理论、概念和技术，主要原因是在高等教育过程中缺少这些理论课程的教育和培训，在工作实践中也很少有相关专业理论、概念和技术的学习和培训。大多数高校还没有高速信号传输技术相关专业课程。大部分高校虽然设立电磁兼容性专业课程，但这些课程是专为电磁兼容专业的学生而设立的，课程的内容尤其是麦克斯韦方程的解算对于一般电子设计专业的学生来讲很高深，电子设计专业讲授的大多是逻辑设计和电子设计的相关课程。

高速信号传输系列低速信号和高速信号传输对于信号传输通道有着不同的要求；

在实际的PCB布线时，如果由于产品结构的需要，不能缩短信号线长度时，应采用差分信号传输。差分信号有很强的抗共模干扰能力，能延长传输距离。差分信号有很多种，如ECL、PECL、LVDS等，表1列出LVDS相对于ECL、PECL系统的主要特点。LVDS的恒流源模式低摆幅输出使得LVDS能高速驱动，对于点到的连接，传输速率可达800Mbps，同时LVDS低噪声、低功耗，连接方便，实际中使用较多。LVDS的驱动器由一个通常为3.5mA的恒流源驱动对差分信号线组成。接收端有一个高的直流输入阻抗，几科全部的驱动电流流经10Ω的终端电阻，在接收器输入端产生约350mV电压。当驱动状态反转时，流经电阻的电流方向改变，此时在接收端产生有效的逻辑状态。图5是利用LVDS芯片DS90LV031、DS90LV032把信号转换成差分信号，进行长距离传输的波形图。在仿真时设置仿真频率为66MHz理想方波，传输距离为508mm，差分对终端接100Ω负载匹配传输线的差分阻抗。从仿真结果看，LVDS接收端的波形除了有延迟外，波形保持完好。

高速信号和处理需要考虑三部分设计：

高速逻辑时序设计

高速电路散热设计

高速信号传输设计

1、信号传输的相关概念

概念：电信号、传输通道、信号传输、保形传输

重点：模拟信号可以看作“高速”信号，比较好整体不失真

数字信号失真度能够被控制在一定的范围内。

2、数字信号的特点：

（1）时域特点：周期，和上升时间

（2）频域特性：波形是时域的表现，频谱是频域的表现，通过傅里叶变换

（3）电信号的传输速度：与介质常数有关

（4）信号完整性：SignalIntegrity

（5）电源完整性：PowerIntegrity

（6）电磁兼容性：ElectroMagneticCompatibility(EMC) 信号传输是否为高速信号传输；

影响电源完整性的因素

因此，电信号的传输速度是交变电场和磁场在介质中的建立和传播速度，与介质的介电常数的平方根成反比，即空气的介电常数约为1，大多数印制板绝缘层材料的介电常数约为4，如果电磁场的一部分在PCB内部，一部分在空气中，信号的传输速度则由空气和印制板绝缘材料混合介电常数决定，混合介电常数要小于PCB绝缘材料的介电常数。如果电信号传输线的信号路径在PCB内部，则信号的传播速度约为6英寸每纳秒。如果传输线的信号路径在印制板的表层，信号传输速度大于信号路径在印制板内部的信号传输速度 高速信号传输的相关概念；高速信号传输系列

高速信号传输定义条件；高速信号传输系列

①理解电阻、电感、电容等特性，其本质就是对电流、电流变化和电压变化具有的抵抗力，以及电阻器、电感器、电容器几种器件不仅具有主特性，在高速信号传输电路中还表现出其他的特性。

②掌握高速信号传输、信号完整性、电源完整性和电磁兼容性的概念，以及高速信号传输技术与信号完整性、电源完整性和电磁兼容性技术的关系。

③认识信号传输线、供电传输线、信号回路、供电回路、信号传输线的特征阻抗、供电中继电容器等概念和意义，并纠正对地、屏蔽、信号回路几个概念的误解。

④了解信号类型、电源类型、信号传输线类型及其适合传输的信号类型、电源传输线类型及其适合传输的电源类型、供电中继电容器类型，以及各种信号传输线和电源传输线的屏蔽效能对比。实际上，掌握了这些，我们就从本质上了解了高速信号传输的原理和本质，综合考虑工程化因素（如产品成本、可制造性和可实现性等），结合使用相关的设计、仿真和测试工具，就可以很轻松地进行高速信号传输设计和问题的分析。 高速信号传输系列

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