Signal Power Integrity Interactions

标题《信号完整性与功率完整性相互作用》和描述中提到的“信号完整性与功率完整性的例子”指出了在设计和制造高速输入输出(I/O)接口的印刷电路板(PCB)时，需要考虑的关键因素。随着PCB互连密度和通道数据率的增加，3D电磁效应、串扰和由不连续性引起的ISI问题变得越来越重要。特别是在高速I/O接口方面，信号通道与功率分配网络之间的噪声耦合成为一个重要的性能限制因素，需要适当处理。理解和分析在吉赫兹数据率时代综合的信号完整性和功率完整性问题，需要采用高级的共设计方法论。 在信号完整性和功率完整性分析方面，需要理解功率/信号完整性相互作用机制，包括功率噪声对信号轨迹的耦合以及通过信号共振放大噪声的问题。本章通过两个案例研究演示了根本原因分析：对内存双倍数据率(DDR)控制总线共振问题和DDR Vref总线噪声问题的调查。在传统信号完整性仿真中，可能会认为理想化了的功率输送系统中这些问题是不可见的，直到在硅后验证阶段才被观察到。然而，采用共设计方法，当识别出这些问题的根源时，在硅前设计阶段就变得更加明显的解决方案。从这两个案例研究中总结出来的设计指南，关于通过3D效应和共振结构的噪声耦合问题包括以下几点： - 平面耦合噪声被限制在信号电压摆幅的小部分，在过渡层中。 - 为了减少平面信号耦合，除非绝对需要，否则不建议改变参考层。 - 琏合距离必须远小于最高数字频率的第三谐波的波长。 - 信号共振需要通过保持在感兴趣频率下的关键长度，如半波长和四分之一波长来减轻。 - 腔体共振也需要通过电源和接地平面之间紧密间距来缓解。 在本章的后半部分，讨论了参考和缝合对于电源和信号完整性的影响。这些内容强调了在设计高速电路时必须考虑的多种因素，其中信号完整性和功率完整性之间的相互作用是设计成功的关键。 本章提供的内容指向了在高速数字电路设计中，信号通道和功率分配网络如何相互影响，以及如何影响整个系统的性能和稳定性。设计者需要通过综合分析来确保信号路径不会被噪声所破坏，同时功率网络能够提供干净、稳定的电源，以满足高速电路的需求。这一点在高性能计算机系统、通信设备和消费电子等领域尤为关键，因为它们经常涉及到高速信号的传输和处理。 在设计高速电路板时，必须对3D电磁效应进行建模和仿真，以预测在实际操作中可能出现的串扰和其他形式的电磁干扰。此外，必须考虑信号路径上可能出现的共振现象，以及如何通过电路板布局来最小化这些效应。电源和地平面的设计和布局对减少噪声耦合和共振效应至关重要。 总而言之，在高速电路设计中，信号完整性和功率完整性是相辅相成的两个方面。只有通过全面的共设计方法，才能确保设计既满足功能需求，又具有较高的信号和电源质量，从而达到高性能设计的目标。