信号及电源完整性分析与设计

信号及电源完整性分析与设计

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课程介绍

随着微电子技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、航空航天、工业自动化、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，信号完整性分析技术（SI）是现今国际领先的PCB设计方法和流程，其在高速电路设计中起着举足轻重的作用。而目前，国内企业在实现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设计问题已经成为电子设计的一个瓶颈。

为此，为了让广大从业人员掌握信号完整性的新知识、新观点和定性、定量的分析技术；提高高速互连设计及信号完整性分析能力，帮助学员尽可能在电子设计的初期找到信号完整性问题的解决方案，名课堂将分期组织举办“信号及电源完整性分析与设计”高级研修班。研修班将聘实战经验丰富的资深专家讲解信号完整性分析及应用设计技术和经验。

参加对象

从事硬件开发部门主管、EMC工程师、硬件开发工程师、PCB 工程师、测试工程师、品管工程师，系统工程师，可靠性工程师。

课程大纲

本培训以李玉山等翻译的《信号完整性与电源完整性分析(第二版)》内容为背景，针对国内高速电子设计中对性能分析和提高的需求，突出重点、难点。内容涉及各种最新的高速电路设计与信号、电源完整性分析要点。大纲业已合并重组，框架按13+1讲为序安排。

第一讲 高速PCB设计与信号完整性分析

全面阐述国内外PCB互连设计及SI/PI分析技术，宏观定性掌握后面诸讲基本概念。

第二~三四讲 打通SPI时域-频域测量分析

介绍信号时域上升边及频域带宽；介绍PCB互连模型带宽、测量带宽、实际元件建模、方块电阻等概念。

第五、六讲 电容/电感与趋肤挤近

掌握PCB电容/电感的定性/定量表述；介电常数/导磁率。分析自感、互感、净电感、回路电感、方块电感；趋肤/挤近与涡流。认识电源/地平面/出砂孔。

第七讲 PCB互连的阻抗/速度及建模

介绍PCB互连传输线模型、阻抗及时延，剖析过孔引起的地弹噪声。介绍互连线仿真建模及空间延伸。介绍输入阻抗、瞬时阻抗、特性阻抗。

第八讲 PCB单线网反射退化/电抗退化与对策

介绍高速PCB的TDR阻抗测试技术，典型的TDR应用和测试。分析各种单线网的拓扑设计、各种单线网模型分析；互连阻抗台阶、感性、容性突变下的多种反射/电抗退化现象。介绍菊花链、远端簇、源端匹配及补偿对策等。

第九讲 PCB单线网损耗退化/ISI改善技术

分析PCB趋肤/挤近效应下的导线损耗和介质损耗如何造成上升边损耗退化？分析介质损耗与耗散因子的特点，损耗如何吃掉高频分量？如何影响时序完整性？如何用眼图分析符号间干扰ISI及抖动？

介绍常见PCB眼图所反映的信号完整性、时序完整性问题；抖动产生的原因；抖动的分类和分析方法，探讨多种预加重及均衡改善技术。

第十讲 PCB多线网间串扰与减小措施

基于互容、互感的PCB传输线串扰分析技术，深入研究微带线、带状线的近端、远端串扰模型及饱和长度。介绍串扰如何形成时序错位？为什么带状线没有远端串扰？如何设计防护线、屏蔽线？介绍如何设计微带线和带状线以避免串扰？

第十一讲 差分对设计与共模/EMI抑制

介绍流行的PCB差分对设计口诀。重点介绍差分信号及阻抗/共模信号及阻抗、奇模阻抗/偶模阻抗、差分—共模、奇模—偶模的分解及倍数关系。介绍“奇小偶大”、“奇快偶慢”的原理。介绍基于差分对模型的串扰新解。介绍差分对设计、匹配设计技术及性能分析、研究共模抑制及EMI屏蔽问题，介绍双绞线、电感扼流圈、磁芯磁环的性能特点。

第十二讲 S-参数与矢网仪VNA测量

S-参数是刻画互连新的完备标准。介绍S-参数仿真和PCB-VNA测量。包括：S-参数矩阵、返回损耗S11、插入损耗S21与互连透明度、串扰及差分S-参数。重点讨论单线网双端口的窄带下冲及差分对S-参数的测量/仿真与转换技术。同时，将时域眼图生成与频域S-参数测量做一个一体化对接介绍。

第十三讲 电源完整性分析与电源分配网络设计

电源完整性(PI)只是电源网络设计的目标之一。电源分配网络(PDN)，包含从稳压模块(VRM)到芯片焊盘；再到裸芯片内分配电压/电流的所有互连。推介PCB电源设计有效的目标阻抗法(FDTI)，重点对去耦电容器的数量与容量选择技术、寄生固有电感/安装电感/扩散电感的降低技术进行充分的分析与设计。

数模混合设计重点是电源分配网络PDN的设计；设计重心在于如何设计电源/地平面及抑制噪声。此外，还可以对数/模的信号网络进行有效的隔离和滤波。

第十四讲 链路信令与时序完整性

信号完整性研究走向与新进展：高速PCB链路信令→从通道到链路；时序完整性(抖动)→从噪声到抖动。

给出抖动的表征与分类；讨论电源噪声引起的抖动；阐述抖动与误码率(BER)、浴盆曲线等。最后，展开对国内信号完整性弱项的思考。

课后附件：

1. 课后考核——SI培训结业考查题

▲ 提供一份“SI培训结业考查题及参考答案”，供对照。

2. 课后仿真——串扰仿真示例

▲ 提供文件指导如何用软件Hyperlynx仿真信号完整性问题，给出串扰仿真示例。

3. 课后复习——PPT及外文资料

▲ 提供上述所有各讲的PPT原稿及有关外文参考文献，供课后复习。

李老师

国家级重点学科电路与系统学科带头人和博士生导师、某电路CAD研究所所长、中国通信学会高级会员。从事雷达、通信系统研制工作20多年。曾赴美国迈阿密大学电气与计算机工程系合作研究两年计算机视觉测量系统及VLSI设计；赴美国北卡州立大学电气与计算机工程系作高访学者研究人工视觉系统及ASIC设计。多年来完成科研项目30多项，获省部级奖励10项。出版教材和专著6部；主持制定中国电子行业标准3部。在IEEE汇刊等刊物发表论文100多篇，其中60篇被收入三大检索 (其中不计重复的SCI检索8篇、EI检索41篇、ISTP检索11篇)。目前的研究方向为：高速电路设计与信号完整性分析；电子CAD技术及软件开发。

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