高速PC和笔记本电脑PCB板信号完整性设计

摘要

从TTL、GTL到HSTL、SSTL，目前芯片接口物理标准的演变反映了集成电路工艺的不断进步，同时也反映了现代工艺对高速信号传输要求的不断提高。而根据一些业内调查显示，大约20％的PCB设计(甚至更多)是由于信号完整性问题而导致最终失败的。与之相对应的是，随着用户对于台式机和笔记本电脑的需求越来越多，对品质要求也越来越高，对处理速度需求越来越快，在市场的需求下下游PC和笔记本电脑电脑芯片厂商如INTEL，AMD，VIA，ATI，NVIDIA，SIS等，都将从传统的兆级电路系统和芯片设计提升到百兆甚至千兆级的级别，同时相对的工S0协议部门制定的适用于PC和笔记本电脑电脑系统的高速信号的协议也越来越多，像LVDS，DVI，PCI-E，DDR，DDR2，DDR 3，Front side bus，DMI，USB，Sata，FIRE 1394，Ethernet等-系列的新的高速协议相继出现。 我们知道相对于低速的数字设计而言，高速数字设计强调被动电路元件的作用。这些被动元件包括电线，电路板，和集成电路封装所组成的数字产品。在低速设计中，被动元件只是被看作产品封装的一部分，但是在高速设计中，它们直接影响了电路性能，如信号传输(振铃和反射)，信号相互作用(串扰)以及电磁辐射等。这些高速信号协议的出现以及PCB板层的限制导致系统的PCB板设计越来越困难，因此基于这个原因，信号完整性以及重视信号完整性变得日益重要。而在具体的信号完整性分析时中，影响到电路的负载特性以及波形性能的因素太多，这样势必对电路设计者要求更高，电路设计者要考虑这些控制的实际实现方式以及相对应的措施。 本论文基于高速信号在PC和笔记本电脑系统的PCB板设计的内在性质及其影响理论，简要的讨论了如何针对高速PCB板信号完整性设计及仿真来提高信号的品质及如何避免噪声干扰。

目录

声明

摘要

第一章引言

1.1概述

1.2高速电路的定义

1.3信号完整性的基本概念

1.4信号完整性国内外发展状况

第二章PC和笔记本电脑架构历史演变和挑战

2.1 PC和笔记本电脑处理器的演变

2.2内存技术的演变

2.3存储总线技术的演变

2.4接口技术的演变

2.5传输总线技术的演变

2.6 PC和笔记本电脑架构的演变

2.7技术革新带来的信号完整性的挑战

第三章信号完整性的基本理论

3.1传输线原理

3.1.1 PCB基本的传输线结构

3.1.2特征阻抗

3.1.3传播速度与传播延迟

3.2反射

3.2.1反射的定义

3.2.2反射形成的原理

3.2.3反射的仿真

3.2.4传输线阻抗的测量

3.2.5 PC和笔记本电脑传输线阻抗定义

3.2.6减少反射的方法

3.3串扰

3.3.1容性串扰

3.3.2感性串扰

3.3.3近端和远端串扰

3.3.4串扰仿真

3.3.5减少串扰在高速PCB板影响的措施

第四章 电源完整性设计

4.1同步开关噪声

4.1.1电流突变的影响

4.1.2地弹

4.1.3减少地弹的方法

4.2去耦电容

4.2.1电容的历史

4.2.2 OS-CON CAP

4.2.3 PSOCAP

4.2.4选择合适的输出电容

第五章PC和笔记本电脑系统信号完整性的实例介绍

实例一开关同步噪声的干扰

实例二串扰的影响

第六章总结与展望

附录

参考文献