北京高速信号传输PCI-E测试

2.2高速信号传输相关的三个方面

上面已经讨论过，高速信号传输研究的主要目的是解决信号保形传输问题，由信号传输的三要素可知，信号的保形传输必须涉及以下三个方面的问题：

●保证信号发送器和信号接收器正常工作；

●保证信号传输过程中信号无失真或有可以允许的失真；

●保证信号在传输过程中无干扰或有可以容许的干扰。

如何设计电源系统，以提供电流相对充足、电压相对稳定的电源给受电器件（信号发送器和信号接收器）；如何控制传输通道各段的阻抗，以使其具有相对的一致性；如何设计电磁屏蔽，以控制电磁干扰性和电磁敏感性，保证信号能够被信号接收器正确解码。以上这三个方面是高速信号传输技术涉及的研究内容，它们分别被称为电源完整性、信号完整性和电磁兼容性，是高速信号传输工程化技术的三大支撑技术，三者缺一不可。 高速信号传输——信号完整性信号的回路 特征阻抗与反射；北京高速信号传输PCI-E测试

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 北京高速信号传输PCI-E测试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；

例如，分辨率为UXGA（1600×1200）的DVI信号，其信号传输速率为1.625Gbps，当该信号在FR4材料的PCB上传输时，其信号带宽波长为：3×10+8÷（4）1/2÷（1.625×10+9×5）≈0.02（m）=20mm，其中，FR4材料的相对介电常数为4。当DVI信号在PCB上传输时，传输通道长度大于1/4带宽波长，即5mm时，就必须被当作高速信号传输。对于模拟信号，信号在传输过程中可以被衰减，但不可以因被叠加较大噪声而使信号失真太多，也不允许信号在传输过程中因传输通道某处阻抗的突变太大引起较严重的反射现象。因此，模拟信号传输被看作高速信号传输，且与信号传输通道的长度无关。

注意

在电子设计中，以高速信号传输代替高速信号设计的概念或高速电路设计的概念才能正确处理信号的保形传输问题。以信号传输速率的高低，或以信号的上升时间或下降时间的大小区分信号是高速还是低速是不科学的，这也是部分电子设计工程师对高速信号传输的误解，必须同时考虑信号的传输速率与信号传输通道的长度。

（3）设计仿真测试手段少

在工程实践中，SI、PI和EMC设计、仿真、测试所需要的工具和设备比较昂贵，不如逻辑设计和电子设计所需要的设计、仿真和测试所需要的工具和设备普及。对于电源完整性设计、仿真和测试，有一些仿真分析工具软件，但缺少的电源完整性的测试工具和设备，这种现状对于电源完整性技术的工程应用本身是非常不利的。对于信号完整性设计、仿真和测试，相关的工具和设备倒是存在，但一方面这些工具和设备价格比较昂贵；另一方面，由于学习和掌握的难度较大，这基本上是专业从业人员的事，大多数电子设计工程师或者没有条件，或者只能望而却步。对于电磁兼容性设计、仿真和测试，工具和设备似乎很多，但是设计和仿真的工程化还没有达到与实际情况相符的水平，测试工具和设备，尤其是电磁兼容暗室的投资，对于一般的公司而言不像是购买一台示波器那样，是很容易决策的事情。综上所述，SI、PI和EMC在设计、仿真和测试方面，研发人员所能做的工作比较少，这也决定了电子设计工程师往往是靠经验，而不是靠科学、靠技术、靠工具、靠手段进行设计、仿真、测试。靠经验的东西，很难掌握和理解，事情就会变得复杂起来，其难度也就不好说了。 高速信号传输电路散热设计；

2.1.4电信号的传输速度

当信号在传输通道中传输时，信号路径和信号回路之间就会产生电压差，而这个电压又使信号传输通道的两导线之间产生电场；信号在传输通道上传输，信号传输通道的两导线上存在电流，电流产生磁场，而且信号上升沿或下降沿位置存在交流分量，交流分量产生交变的电场和交变的磁场。

电信号的传输实际上是通过在信号路径和信号回路之间和周围的介质中建立交变电场和磁场并通过电磁场传播而进行的，并非电子在导体的定向移动。

提示 电子在导体中的定向移动速度不超过1米/秒。电磁波在真空中的传播速度Vv为30万千米每秒（12in/ns），在介质中的传播速度是在真空中的速度除以传输通道中介质的介电常数的平方根。 高速信号传输的保形通道；北京高速信号传输PCI-E测试

高速信号传输不正确是电子产品研制过程中经常遇到的问题；北京高速信号传输PCI-E测试

高速数字信号传输电路的设计与仿真

高速数字系统设计成功的关键在于保持信号的完整，而影响信号完整性(即信号质量)的因素主要有传输线的长度、电阻匹配及电磁干扰、串扰等。设计过程中要保持信号的完整性必须借助一些仿真工具，仿真结果对PCB布线产生指导性意见，布线完成后再提取网络，对信号进行布线后仿真，仿真没有问题后才能送出加工。目前这样的仿真工具主要有cadence、ICX、Hyperlynx等。Hyperlynx是个简单好用的工具，软件中包含两个工具LineSim和BoardSim。LineSim用在布线设计前约束布线和各层的参数、设置时钟的布线拓扑结构、选择元器件的速率、诊断信号完整性，并尽量避免电磁辐射及串扰等问题。BoardSim用于布线以后快速地分析设计中的信号完整性、电磁兼容性和串扰问题，生成串扰强度报告，区分并解决串扰问题。作者使用LineSim工具，对信号的阻抗匹配、传输线的长度、串扰进行了仿真分析，并给出了指导性结论。 北京高速信号传输PCI-E测试