信号完整性分析：无线信号(三)
Geoff Lawday, David Ireland, Greg Edlund
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作者：Geoff Lawday教授Buckinghamshire New UniversityDavid Ireland设计和制造市场经理泰克公司Greg Edlund全球工程解决方案部高级工程师IBM《信号完整性 - 工程师的同伴》一书的第10章讨论了在现代无线环境中的无线信号测量和可能有些激进的信号分析的新技术。第二部分覆盖了频率测量。扫描频谱分析仪传统架构的扫描式、超外差频谱分析仪在几十年前让工程师们首次能够对频域进行测量。曾经的扫描频谱分析仪(SA)采用纯粹的模拟器件打早，并迅速取得了成就。目前的新一代扫描频谱分析仪采用了高性能的数字基础架构，包括ADC，数字信号处理器()，和微控制器。然而，扫描原理的基础是相同的，而且该仪器保持了其作为基础的RF信号测量工具的地位。新一代SA的突出优点是具备优秀的动态范围，因此能捕获和探测一个宽范围的RF信号。通过将信号需要的频点进行下变频并通过RBW滤波器在带宽范围内进行扫描，功率-频率的测量就可以实现了。RBW滤波器后面跟一个检波器用于计算通带内每个频点的幅度值，如图10-3所示。图10-310-3显示了频率分辨率和时间之间平衡的测试。本地振荡器提供一个“扫描”的频率到混频器，每次扫描在混频器输出提供一个不同的频率和其对应的数值。分辨率滤波器被设定在一个用户可选的频率范围，也就是分辨率带宽(RBW)。滤波器带宽越窄，测量仪器的分辨率就越高，对仪器噪声的排除也越好。RBW滤波器的后面跟上一个检测器，来测量瞬时每个频率数值的频率功率大小。因为这种方法可以提供较高的动态范围，它的主要优点是可以计算某个时间点一个频点的幅度值。如果RBW滤波器被设计得太窄，对RF输入完成一次扫描时间会花费较长，从而输入的RF信号的一些变化就探测不出来。在一段频域或几个通带内扫描会花费相当多的时间，该测试技术的前提是假设在进行多次扫描的这段测试时间内信号不会有显著的变化，因此，一个相对稳定的、不变的输入信号是必须的。如果信号频繁的改变，也许就得不出结果。比如说，图10-4的左面的图显示了一个RBW逻辑分析仪测试的结果，频率最开始是Fa，而在一瞬间频率变成了Fb。当扫描到达Fb时，信号已经消失且测不到了，所以RBW频谱分析仪的扫描没法在Fb时提供触发，因而没能存储一个时间段内全面的信号情况。这是一个频率分辨率和测试时间之间平衡的经典的例子，也是RBW频谱分析仪的致命弱点(Achilles' heel)。图10-4然而，最新的扫描频谱分析仪比以往传统的基于模拟处理的设备要快的多，图10-5显示了一款现代的优秀扫描频谱分析仪的架构。传统模拟RBW滤波器得到了数字增强，以促进快速和精确的窄带滤波。然而，ADC之前的滤波器、混频器和放大器都是进行模拟处理，特别是，需要考虑ADC中的非线性和噪声。因此模拟频谱分析仪还有一席之地，它可以避免上述问题。图10-5下一篇：矢量信号分析仪Geoff Lawday博士是泰克公司在英国Buckinghamshire New University的教授，他在泰克实验室进行信号完整性设计和高性能总线系统的教学，并在欧洲负责泰克公司信号完整性的研讨会。David Ireland是泰克公司在欧洲和亚洲的设计和制造市场经理，在测试测量领域有超过30年的工作经验，在领先的技术期刊上定期发表信号完整性的文章。Greg Edlund是IBM全球工程解决方案部的高级工程师，曾参与十个高性能计算平台的开发和测试，他著有Timing Analysis and Simulation for Signal Integrity Engineers一书。
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进行信号完整性分析（SI）的必要性
来源：本站整理
作者：灰色天空日 15:35
[导读] 如图是传统的设计方法，在最后测试之前，没有做任何的处理，基本都是依靠设计者的经验来完成的。
　　如图是传统的设计方法，在最后测试之前，没有做任何的处理，基本都是依靠设计者的经验来完成的。在对样机测试检验时才可以查找到问题，确定问题原因。为了解决问题，很可能又要从头开始设计一遍。无论是从开发周期还是开发成本上看，这种主要依赖设计者经验的方法不能满足现代产品开发的要求，更不能适应现代高速电路高复杂性的设计。所以必须借助先进的设计工具来定性、定量的分析，控制设计流程。
　　随着信息宽带化和高速化的发展，以前的低速PCB已完全不能满足日益增长信息化发展的需要，人们对通信需求的不断提高，要求信号的传输和处理的速度越来越快，相应的高速PCB的应用也越来越广，设计也越来越复杂。高速电路有两个方面的含义，一是频率高，通常认为数字电路的频率达到或是超过45MHZ至50MHZ，而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个系统的三分之一，就称为高速电路;二是从信号的上升与下降时间考虑，当信号的上升时小于6倍信号传输延时时即认为信号是高速信号，此时考虑的与信号的具体频率无关.高速PCB的出现将对硬件人员提出更高的要求，仅仅依靠自己的经验去布线，会顾此失彼，造成研发周期过长，浪费财力物力，生产出来的产品不稳定。
　　高速电路设计在现代电路设计中所占的比例越来越大，设计难度也越来越高，它的解决不仅需要高速器件，更需要设计者的智慧和仔细的工作，必须认真研究分析具体情况，解决存在的高速电路问题.一般说来主要包括三方面的设计：信号完整性设计、电磁兼容设计、电源完整性设计.
　　在电子系统与电路全面进入1GHz以上的高速高频设计领域的今天，在实现VLSI芯片、PCB和系统设计功能的前提下具有性能属性的信号完整性问题已经成为电子设计的一个瓶颈。从广义上讲，信号完整性指的是在高速产品中有互连线引起的所有问题，它主要研究互连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性能。
　　传统的设计方法在制作的过程中没有仿真软件来考虑信号完整性问题，产品首次成功是很难的，降低了生产效率。只有在设计过程中融入信号完整性分析，才能做到产品在上市时间和性能方面占优势。对于高速PCB设计者来说，熟悉信号完整性问题机理理论知识、熟练掌握信号完整性分析方法、灵活设计信号完整性问题的解决方案是很重要的，因为只有这样才能成为21世纪信息高速化的成功硬件工程师。
　　信号完整性的研究还是一个不成熟的领域，很多问题只能做定性分析，为此，在设计过程中首先要尽量应用已经成熟的工程经验;其次是要对产品的性能做出预测和评估以及仿真。在设计过程中可以不断积累分析能力，不断创新解决信号完整性的方法，利用仿真工具可以得到检验。
　　现在越来越多的高速设计是采用一种有利于加快开发周期的更有效的方法。先是建立一套满足设计性能指标的物理设计规择，通过这些规则来限制PCB布局布线。在器件安装之前，先进行仿真设计。在这种虚拟测试中，设计者可以对比设计指标来评估性能。而这些关键的前提因素是要建立一套针对性能指标的物理设计规则，而规则的基础又是建立在基于模型的仿真分析和准确预测电气特性之上的，所以不同阶段的仿真分析显得非常重要。
　　Cadence公司针对PCB SI发布一个功能非常实用的高速电路设计及信号完整性分析的工具选件&&Allegro PCB，利用这个仿真软件能够根据叠层的排序，PCB的介电常数，介质的厚度，信号层所处的位置以及线宽等等来判断某一PCB线条是否属于微带线、带状线、宽带耦合带状线，并且根据不同的计算公式自动计算出信号线的阻抗以及信号线的反射、串扰、电磁干扰等等，从而可以对布线进行约束以保证PCB的信号完整性。
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电信与信息服务业务经营许可证：粤B2-关于信号完整性分析的一点点心得体会
原文地址：
随着芯片的集成度越来越高，生产工艺的改善及成本压力的增加，芯片厂商在生产芯片时，芯片的沟道越来越短。这造成了即使频率很低的信号，其上升下降时间会非常的小，在板级设计时，如果设计不合理，信号的过冲及振荡现象严重。
所以，正如Eric
Bogatin所说：有两种工程师，一种是已经遇到了信号完整性问题，另一种是即将遇到信号完整性问题。
因此，关于信号完整性的分析就显得格外重要。
这里，主要从学习的方法，顺序，仿真软件，测试测量，电源完整性，电磁兼容方面谈谈自己的体会。最后，是关于已经仿真过项目的一点点个人理解。
关于学习的方法
刚开始的时候，可以先看看“中兴通讯EDA工具手册”里面的仿真分册，跟着步骤一步步的进行操作。这样，能熟悉基本的流程与操作，对于软件的使用，有了一定程度的认识。
在学习仿真软件的使用过程中，结合着“高速PCB基础理论及内存仿真技术”这本书的第一部分，其中的EMI部分可以先不用看（等对于理论理解更为深入时，再回头看）。这个过程，主要是理解什么时候进行信号完整性分析，什么时候，可以不用；理解什么是传输线，什么是反射串扰，什么是时序分析。
在这之后，可以多上论坛，了解下现在信号完整性的发展方向及他人的理解。更为主要的是，在以后的学习实践中，如果遇到问题，可以上去问，只要是自己努力思考过的，就会有人乐意出来回答。
另外，网上会有不少的Design rule，不要盲目的相信，很多规则都是有其局限性的。
这里推荐以下几个论坛：
SI 高速设计 中国PCB。
这里，也推荐以下几本书：
信号完整性分析&&伯格丁
著&&李玉山
等译，电子工业出版社；
高速数字设计&&约翰逊&&格雷厄姆&&著&&沈立等译&&&&电子工业出版社.
以上两本书强烈推荐，做信号完整性的，几乎人手一本。
在此基础上，可以看下“高速电路设计与仿真分析”那本书。当然，看那本书的时候，得有一定的基础。
关于学习的顺序
可以先进行信号完整性的反射仿真，其次串扰仿真，接着，进行时序分析；
在这之后，看些电源完整性的相关资料，可以进行仿真；
最后，可以考虑兼顾下EMI方面的相关知识。
关于仿真软件
仿真软件只是一种工具，只要你的理论掌握好了，每一种仿真软件都是相差不多的。而且，只要掌握了一种常用的仿真软件，想用另一种仿真软件也是比较容易的。
前期，可以用PCB
SI这个仿真软件，对于GHZ以下的信号，精度还是很高的，而且可以进行大部分的仿真。
后期，涉及到更高速率的，背板连接器的，可以选择用HSPICE。只是HSPICE需用自己编写网表，脚本，很费时间。
总之，仿真重要的不是仿真软件工具本身，而是设计者的头脑。要让软件做本身可以做的事情，而不要超出软件的使用范围。
关于测试测量
对于高速信号来说，测试测量是非常讲究。
我们测量绝大多数使用的是示波器这个仪器，关于示波器的使用及如何测量，这里，推荐看下汪进进先生的博客。
关于电源完整性
电源完整性，可以通过 PCB PI这个仿真软件进行仿真。
但是，目前为此，还没有一款关于电源完整性仿真特别准确的软件，只能看出个趋势。
电源完整性仿真的目的是确定需要添加的电容的种类及数量，若没有仿真，当种类配合不对，或是数量不够时，容易出现电源轨道坍塌的现象。因此，在实际设计中，往往多添加较多的电容。
电源完整性仿真如果要做好的话，那必须具有丰富的经验及深厚的理论基础。即使是做了五年的相关项目，也不敢说自己精通这一领域。
还好，从仿真的实用性考虑，电源完整性仿真显得并不那么重要。
前面，没有提及到EMI的问题。其实，EMC在很大的程度上，和信号完整性与电源完整性是相关的。
甚至在“信号完整性分析”这本书中，还将整个系统的电磁干扰和辐射，作为信号完整性的噪声源的一部分。
举个例子来说，有些时候，一个产品的EMC通不过3C的标准，这个时候，如果确定辐射源附近有个电感，将电感换成磁珠，也许就通过了。其原因是电感只是单纯的反射能量，而磁珠是可以吸收能量的。还有关于差分信号的共模电流，很多时候，也是辐射的重要来源。
到了最后，就可以真正的殊途同归。
关于对仿真过项目的一点理解
PCI仿真，因其频率是很低的，一般来说，时序是没有问题的。
PCI，较其他仿真项目，比较特殊的是，其数据总线信号是双向的，容易造成过冲，毛刺等现象。这要求在前期做好拓扑结构的评估。如果等到后期时，通过调整电阻的阻值及走线的方式，效果不明显，且麻烦。
即PCI总线，最主要的是做好拓扑结构的评估仿真工作。
关于内存的仿真，仿真项目较多，个人感觉主要是做如下的工作：
评估下串联匹配电阻，上接电阻是否部分可以去掉，部分可以调整阻值，使其效果更好。
另外，关于DDR2的时序部分，一般将那三组的线等长，分别控制在50mil,100mil,200mil，问题就不大。当然，后期可以利用示波器实际测量。
关于Capture
Capture这部分的仿真，因为其是一对一的结构，很简单。
可以进行下反射仿真，评估下串扰的影响。
关于串行信号
串行信号的速率不可避免的会越来越快，对于板级的设计，其压力也越来越大。
现在主要涉及的高速串行信号主要有：USB2.0，SATA，HDMI。
高速串行信号，再怎么变，也是两根差分线在“折腾”，只不过，因不同组织及厂家的利益，把它们定义为不同的标准罢了。因此，只要理解这种，就可以触类旁通，其他的，也都理解了。
但是要理解这样的串行线是不容易的，里面涉及到了芯片内部的结构与设计。
如果要做串行信号的相关仿真，可以看下“抖动，噪声与信号完整性“这本书。里面，关于串行信号芯片内部的结构，与工作原理，及该如何测试都有较为详细的说明。
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。原创于西周而后沿袭至今的彩礼，虽然被一部分家长奉为圭臬，但越来越多的年轻人对结婚必须要彩礼不以为然。彩礼引发的社会矛盾越来越受到关注，结婚是自己的事，如人饮水冷暖自知，至于要不要彩礼或者要多少彩礼，因人而异，因财力而已，不可一概而论。
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职位职能:工作职责：1.负责信号方面的标准研究2.负责各类高速总线的信号完整性分析、音视频信号测试以及问题定位；岗位要求：1.本科及以上学历，电子、通信相关专业；2.两年及以上高速信号（PCIe、SAS、SATA、HDMI、Ethernet等）测试工作经验，熟悉各类高速总线的相关规范标准；3.掌握音视频接口（CVBS、VGA、SDI、模拟/数字单/双声道）的工作原理，熟悉各类接口规范标准；4.熟悉各类高速信号以及音视频接口的检测认证工作或者有相关工作经验者优先；5.具有较强的沟通能力和团队合作能力，有耐心、主动性强者优先，对测试工作有较高的热情；6.具备良好的英文阅读能力；
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