信號(hào)完整性與電源完整性分析

信號(hào)完整性(SI)和電源完整性(PI)是兩種不同但領(lǐng)域相關(guān)的分析，涉及數(shù)字電路正確操作。在信號(hào)完整性中，重點(diǎn)是確保傳輸?shù)?在接收器中看起來就像 1(對(duì)0同樣如此)。在電源完整性中，重點(diǎn)是確保為驅(qū)動(dòng)器和接收器提供足夠的電流以發(fā)送和接收1和0。因此，電源完整性可能會(huì)被認(rèn)為是信號(hào)完整性的一個(gè)組成部分。實(shí)際上，它們都是關(guān)于數(shù)字電路正確模擬操作的分析。

分析的必要性

如果計(jì)算資源是無限的，這些不同類型的分析可能不存在。整個(gè)電路將會(huì)被分析一次，而電路某一部分中的問題將會(huì)被識(shí)別并消除。但除了受實(shí)際上可仿真哪些事物的現(xiàn)實(shí)束縛之外，具有不同領(lǐng)域分析的優(yōu)點(diǎn)在于，可成組解決特定問題，而無需歸類為“可能出錯(cuò)的任何事物”。在信號(hào)完整性中，例如，重點(diǎn)是從發(fā)射器到接收器的鏈路?？蓛H為發(fā)射器和接收器以及中間的一切事物創(chuàng)建模型。這使得仿真信號(hào)完整性變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。另一方面，要仿真電源完整性可能有點(diǎn)困難，因?yàn)椤斑吔纭庇悬c(diǎn)不太明確，且實(shí)際上對(duì)信號(hào)完整性領(lǐng)域中的項(xiàng)目具有一定的依賴性。

在信號(hào)完整性中，目標(biāo)是消除關(guān)于信號(hào)質(zhì)量、串?dāng)_和定時(shí)的問題。所有這些類型的分析都需要相同類型的模型。它們包括驅(qū)動(dòng)器和接收器、芯片封裝及電路板互連(由走線及過孔、分立器件和/或連接器組成)的模型。驅(qū)動(dòng)器和接收器模型包括關(guān)于緩沖器阻抗、翻轉(zhuǎn)率和電壓擺幅的信息。通常，IBIS 或 SPICE 模型用作緩沖器模型。這些模型與互連模型結(jié)合使用來運(yùn)行仿真，從而確定接收器中的信號(hào)情況。

互連將主要包括行為類似于傳輸線的電路板走線。此類傳輸線具有阻抗、延遲和損耗特性。它們的特性決定了所連接的驅(qū)動(dòng)器和接收器與彼此進(jìn)行交互的方式?；ミB的電磁特性必須使用某種類型的場(chǎng)求解器進(jìn)行求解，該場(chǎng)求解器通過可與信號(hào)完整性仿真器結(jié)合使用的電路元件或 S 參數(shù)模型來描述其特征。大多數(shù)走線均可建模為一個(gè)均勻的二維橫截面。該橫截面足以計(jì)算走線的阻抗特性。阻抗將會(huì)影響信號(hào)線上接收器中的波形形狀。最基本的信號(hào)完整性分析包括設(shè)置電路板疊層(包括適當(dāng)?shù)慕殡妼雍穸?，以及查找正確的走線寬度，以實(shí)現(xiàn)一定的走線目標(biāo)阻抗。

與過孔相比，對(duì)走線進(jìn)行建模會(huì)相對(duì)比較容易。當(dāng)對(duì)較快的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)完整性分析時(shí)，適當(dāng)?shù)倪^孔建模就變得非常重要。通常，千兆位信號(hào)需要通過三維場(chǎng)求解器對(duì)模型特征進(jìn)行適當(dāng)?shù)孛枋?。幸運(yùn)的是，這些信號(hào)往往是不同的，這使它們的影響相對(duì)局部化。穿過過孔的快速、單端信號(hào)與配電網(wǎng)絡(luò)(PDN)進(jìn)行強(qiáng)有力地交互。從這些過孔返回的電流穿過附近的縫合孔、縫合電容器和/或平面對(duì)(組成PDN且需要建模以進(jìn)行電源完整性分析的相同元器件)。

在電源完整性分析中，較高頻率的能量分布在整個(gè)傳輸平面上。這立即使此分析比基本信號(hào)完整性更復(fù)雜，因?yàn)槟芰繉⒀豿和y方向移動(dòng)，而不是僅沿傳輸線一個(gè)方向移動(dòng)。在直流中，建模需要計(jì)算走線的串聯(lián)電阻、平面形狀和過孔相對(duì)較為簡(jiǎn)單。但是對(duì)于高頻率，分析PDN的不同位置上電源與地面之間的阻抗需要復(fù)雜的計(jì)算。阻抗將根據(jù)電路板的位置(電容器的放置位置、安裝方式、類型及電容值)而異。高頻行為(如安裝電感和平面擴(kuò)散電感)需要包括在建模中，以便生成準(zhǔn)確的去耦分析結(jié)果。存在簡(jiǎn)單版本的去耦分析(通常稱為集總分析)，在此分析中，會(huì)將PDN視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)來計(jì)算其阻抗。這通常是可一次性成功的有效而快速的初步分析，可確保有足夠的電容器且它們具有正確的值。然后，運(yùn)行分布式去耦分析可確保在電路板的不同位置滿足PDN的所有阻抗需求。

信號(hào)完整性仿真

信號(hào)完整性仿真重點(diǎn)分析有關(guān)高速信號(hào)的3個(gè)主要問題：信號(hào)質(zhì)量、串?dāng)_和時(shí)序。對(duì)于信號(hào)質(zhì)量，目標(biāo)是獲取具有明確的邊緣，且沒有過度過沖和下沖的信號(hào)。通常，可以通過添加某種類型的端接以使驅(qū)動(dòng)器的阻抗與傳輸線的阻抗相匹配來解決這些問題。對(duì)于多點(diǎn)分支總線，并非總能匹配阻抗，因此，需要將端接和拓?fù)涞拈L(zhǎng)度變化相結(jié)合來控制反射，使得它們不會(huì)對(duì)信號(hào)質(zhì)量和時(shí)序產(chǎn)生不利影響。