通过IBIS模型研究信号完整性问题

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　本文是关于在印刷电路板 (PCB) 开发阶段使用数字输入/输出缓冲信息规范 (IBIS) 模拟模型的文章。本文将介绍如何使用一个 IBIS 模型来提取一些重要的变量，用于信号完整性计算和确定 PCB 设计解决方案。请注意，该提取值是 IBIS 模型不可或缺的组成部分。
; ]' K  x, C8 V3 E9 H　信号完整性问题
        　　当观察传输线两端的数字信号时，设计人员会吃惊于将信号驱动至某条 PCB 线迹时出现的结果。通过相对较长的距离，相比瞬时变化信号，电信号更像行波。描述电路板上电波行为的较好模拟是池中波 (wave in a pool)。纹波穿过池顺利传播，因为体积相同的两组水具有相同的“阻抗”。然而，池壁的阻抗差异明显，并以相反方向反射波。注入 PCB 线迹的电信号也出现相同的现象，其在阻抗错配时以类似方式反射。图 1 显示了错配端接阻抗的一个 PCB 装置。微控制器即 TI MSP430™ 向 TI ADS8326 ADC 发送一个时钟信号，其将转换数据发送回 MSP430。图 2 显示了该装置中阻抗错配所形成的反射。这些反射在传输线迹上引起信号完整性问题。让一端或者两端的 PCB 线迹电阻抗相匹配可极大地减少反射。
) F- U1 J$ O$ _  D要解决系统电阻抗匹配问题，设计人员需要理解集成电路 (IC) 的阻抗特性，以及起到传输线迹作用的 PCB 线迹的阻抗特性。知道这些特性，让设计人员能够将各连接单元建模为分布式传输线迹。
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        　　传输线迹为各种电路服务，从单端和差分端器件到开漏输出器件。本文主要介绍单端传输线迹，其驱动器有一个推拉输出电路设计。图 3 显示了用于设计该举例传输线迹的各组成部分。
9 i7 ~/ d: U! u$ H/ D/ k+ m) K  　　另外，还需要如下 IC 引脚规范：
        　　发送器输出电阻 ZT (Ω)
5 I( U0 M/ M* q; w8 e- M- f$ K  H        　　发送器上升时间tRise和下降时间tFall(秒)
! F$ X3 ~4 A, L& M7 r& |" f  J        　　接收机输入电阻ZR (Ω)
        　　接收机引脚电容值CR_Pin (F)
        　　这些规范一般没有在 IC 制造厂商的产品说明书中。正如这篇文章将要讲到的那样，所有这些值均可以在设计 PCB 和使用模型模拟 PCB 传输线迹的过程中，通过 IC 的 IBIS 模型获得。
3 k; k8 Q3 h2 v+ Y( k4 M        　　利用下列参数定义传输线迹：
" M4 H0 @5 }; U        　　特性阻抗Z0 (Ω)
        　　传播延迟 D(ps/英寸)
( b6 d8 q, M3 G# H! q2 p        　　线迹传播延迟tD (ps)
' h% J- J) R9 @, u- t1 O; y        　　线迹长度 LENGTH(英寸)
        　　根据具体的 PCB 设计，该变量清单可能会更长。例如，PCB 设计可以有一个带多个传输/接收机点的底板。3所有传输线迹值均取决于特定的 PCB。一般而言，FR-4 板的 Z0 范围为 50 到 75Ω，而 D 的范围为 140 到 180 ps/英寸。Z0 和 D 的实际值取决于实际传输线迹的材料和物理尺寸。4特定板的线迹传播延迟可以计算为：
- V; s3 w5 @" @5 t) b  T% l/ K        　　tD=D &TImes; LENGTH。(1)

6 w' z. u3 l/ z' g  p3 H        　　就 FR-4 板而言，线状线的合理传播延迟(请参见图 4)为 178 ps/英寸，并且特性阻抗为 50Ω。通过测量线迹的导线电感和电容，并将这些值插入到下列方程式中，我们可以在板上验证这一结果：
　CTR 为法拉/英寸为单位的线迹导线电容;LTR 为享/英寸为单位的线迹导线电感;85 ps/英寸为空气介电常数;而 er 为材料介电常数。例如，如果微波传输带-板导线电容为 2.6 pF/英寸，则导线电感为 6.4 nH/英寸，而 D="129" ps/英寸，Z0=49.4Ω。

3 _+ `* ~4 u) y9 n4 ~* _0 W% {
        　　集总式电路与分布式电路对比
7 s: M! z+ u) z; h0 L, k        　　传输线一经定义，下一个步骤便是确定电路布局代表集总式系统还是分布式系统。一般而言，集总式系统体积较小，而分布式电路则要求更多的板空间。小型电路具备有效的长度 (LENGTH)，其在信号方面比最快速电气特性要小。要成为合格的集总式系统，PCB 上的电路必须要满足如下要求：
) f6 K& J1 G, Y8 }1 y0 B: f& ^
        (5)

        　　其中，tRise 为以秒为单位的上升时间。
5 Z$ n8 H, F$ K# G2 e  b# Z+ @# \
6 D3 T6 a8 j- s* f  u        　　在 PCB 上实施一个集总式电路以后，端接策略便不是问题了。根本上而言，我们假设传送至传输导线中的驱动器信号瞬间到达接收机。
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wushy

根据具体的 PCB 设计，该变量清单可能会更长

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谢谢分享。

fawa

集总式电路与分布式电路对比'

wyeeee

谢谢分享，下来看看