基于LVDS的差分传输线信号完整性研究

摘要

时钟频率的提高以及数据上升沿时间的缩短使得传统的单端传输线应用受到限制，因此高速信号传输常常采用差分互连形式，LVDS差分传输线作为一种高速数据传输线被广泛应用于当今众多通信设备。随着硬件系统向高速度、高集成度、低电压、低功耗趋势的发展，高速差分互连也面临着串扰、反射以及电源噪声等众多问题和挑战，所以研究差分互连的信号完整性具有重要的实际意义。
　　本论文的总体研究思路为，首先进行无源链路和有源驱动器建模仿真，然后针对实习公司一款手机电路板设计LVDS布线并进行信号、电源完整性仿真分析。对于无源链路，论文重点研究了差分带状线和差分回流地过孔，利用ADS软件建立了差分带状线模型，利用HFSS软件建立了过孔模型，通过建模仿真分析了差分带状线的不等长、耦合特性、差分对间距和差分线长度等因素对SI的影响，并着重研究了回流地过孔的数量和结构排布对SI的影响。在此研究基础上，总结出了差分布线的一般设计规则，可指导LVDS实例布线设计。针对有源驱动器模型，论文首先分析了LVDS驱动器Spice仿真结果，并基于LVDS驱动器的Spice模型产生了其IBIS模型，通过与Spice仿真结果的对比分析，验证了模型准确性。最后，论文设计了一个实际PCB板的LVDS布线。考虑到电源的非理想性，论文提出了差分信号、电源协同仿真分析方法，并基于此方法对该PCB进行了SI/PI协同仿真研究和分析。论文的仿真和实验测试结果表明，通过添加去耦电容优化电源网络达到了降低电源噪声、减小SI问题的目的，最终设计满足要求。
　　本文对LVDS差分互连的研究结果，可为系统中其他差分布线设计（如USB，MIPI等）提供参考，而且论文提出的差分信号、电源协同仿真技术以及分析方法还可应用到任何的高速互连研究中。因此，本文的研究成果对实际高速串行互连信号、电源完整性研究等具有较强的工程实用性和参考价值。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.3论文主要工作及组织框架

第二章 信号完整性基础理论

2.1传输线理论

2.2信号完整性分析

2.3电源完整性

2.4高速互连的表征

2.5仿真工具简介

2.6本章小结

第三章 无源传输线建模与仿真研究

3.1差分传输线的仿真研究

3.2回流地过孔SI仿真研究

3.3 LVDS设计建议和规律

3.4本章小结

第四章 LVDS驱动器建模和仿真研究

4.1LVDS Spice模型

4.2LVDS IBIS模型

4.3本章小结

第五章 基于PCB板的LVDS设计与仿真

5.1仿真环境设计

5.2信号完整性仿真分析

5.3信号、电源协同仿真研究

5.4 LVDS实验测试分析

5.5本章小结

第六章 全文总结及展望

6.1本论文总结

6.2下一步工作展望

参考文献

致谢

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