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基于Protel?99的PCB信号完整性分析 ? 作者：张聪 张慧 丰洪才???来源：本站原创????点击数：1379???更新时间：2007-11-23 您可以添加到网摘 让更多人关注此文章：???? 摘　要：从信号完整性分析设计规则、完整性分析仿真器、波形分析器等三个方面说明了如何利用Protel 99的信号完整性分析功能进行印刷电路板的设计。 关键词：信号完整性；电磁干扰；波形分析器 　 ???? 引言?????????随着各种大规模、高密度新型电子元器件的不断涌现，电子电路的设计越来越复杂、越来越精密。基于这种迫切需求，电路CAD设计技术也充分利用了计算机革命所带来的成果，使得设计手段发生了翻天覆地的变化，其中的Protel 99电子设计软件就是一款功能强大、界面友好、操作简便实用的快速、高效的电路CAD设计软件。为了保证设计的电路能可靠工作，需要对电路进行准确地时序分析、波形分析、信号完整性分析、电磁噪声分析等，以避免设计的盲目性，降低设计成本。这里着重介绍如何利用Protel 99软件对所设计之PCB 进行预先的信号分析，使得设计的电路更加切实可行。?????????信号完整性的有关概念?????????电磁干扰?????????电磁干扰是指电子产品向外发出噪声，引起设备、装置或系统工作性能降低的电磁变化现象，主要分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指电磁通过导电介质把信号从一个电网络上耦合(干扰)到另一个电网络上;辐射干扰是指干扰源(电磁)通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络上。在PCB设计中，需要考虑的主要是辐射干扰，因为集成电路的引脚、各类接插件等都具有天线的特性，能发射电磁波并影响本系统或其他电系统的正常工作。?????????信号完整性?????????信号完整性是指信号在信号线上的传输质量，是信号在电路中能以正确的时序和电压作出响应的能力。在实际的电路工作时，由于多种因素往往会造成信号传输质量下降，对设备正常工作造成影响。因此在电路设计时，必须考虑在需要的时候，信号能达到所必需的电压电平数值，即信号具有良好的信号完整性。?????????串扰?????????串扰是指两条信号线之间的信号发生耦合，即信号线之间的互感和互容会引起信号线上的噪声。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式等都会对串扰有一定的影响。?????????反射?????????反射是指在信号传输线上产生的回波。如果源端与负载端阻抗不匹配，当信号功率传输到线上并到达负载处时，将引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面不连续等因素的变化均会导致此类反射。?????????网路阻抗?????????网路阻抗是指信号传输线上输入电压对输入电流的比值。当某一个源端发送一个信号到传输线上时，阻抗将阻碍信号驱动，直到2TD时，信号仍未改变，TD是传输线的延时。?????????过冲和下冲?????????过冲是指信号第一个峰值或谷值超过设置电压，其中对于上升沿是指最高电压，对于下降沿是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值。过冲严重时由于保护二极管工作，会导致其过早地失效;下冲严重时会引起假的时钟或数据错误(误操作) 。?????????信号完整性分析工具的特点?????????Protel 99软件中包含有一个高级信号完整性仿真器，它使用经典的传输线理论和I/O缓冲器模型信息作为仿真输入。基于快速反射和串扰仿真模型，它根据经过工业验证的算法产生精确的仿真，并具有以下特点：?①在设计规则中必须对设计参数约束(如阻抗、过冲、下冲等)进行定义；设计人员无须特殊经验即可在PCB 编辑器中直接进行电路的信号完整性分析；?采用设计规则检查(DRC) ，可以迅速定位不符合设计要求(设计规则中设定的约束内容)的网络；使用I/O缓冲器宏模型，不需要了解有关SP ICE语言和模拟仿真的知识。另外，采用宏模型逼近，可更快、更准确地进行仿真，并依据元件编号进行模型的自动匹配连接，支持IB IS2工业标准子集；?信号完整性仿真的波形结果，可在图上以示波器的形式进行显示，直观、方便；?利用电阻和电容的参数值对不同的分析终止策略进行假设分析；仿真器内含成熟的传输导线特性计算和并发式仿真算法；提供了快速的反射分析和串扰分析。?????????信号完整性分析?????????设置信号完整性分析规则?????????在PCB编辑主界面中执行菜单命令【Design】/【Rules. . . 】，会出现设计规则对话框，单击其中的【Signal Integrity】标签，可切换到信号完整性规则