安泰測試分享—信號的完整性測試須知100條

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      信號完整性是對于電子信號質(zhì)量的一系列度量標準。在數字電路中，一串二進(jìn)制的信號流是通過(guò)電壓（或電流）的波形來(lái)表示。然而，自然界的信號實(shí)際上都是模擬的，而非數字的，所有的信號都受噪音、扭曲和損失影響。在短距離、低比特率的情況里，一個(gè)簡(jiǎn)單的導體可以忠實(shí)地傳輸信號。而長(cháng)距離、高比特率的信號如果通過(guò)幾種不同的導體，多種效應可以降低信號的可信度，這樣系統或設備不能正常工作。信號完整性工程是分析和緩解上述負面效應的一項任務(wù)，在所有水平的電子封裝和組裝，例如集成電路的內部連接、集成電路封裝、印制電路板等工藝過(guò)程中，都是一項十分重要的活動(dòng)。
　　信號的完整性測試
　　1、信號上升時(shí)間約是時(shí)鐘周期的10%，即1/10x1/Fclock。例如100MHZ時(shí)鐘的上升時(shí)間大約是1ns.
　　2、理想方波的N次諧波的振幅約是時(shí)鐘電壓副值的2/(N派)倍。例如，1V時(shí)鐘信號的第一次諧波幅度約為0.6V，第三次諧波的幅度約是0.2V。
　　3、信號的帶寬和上升時(shí)間的關(guān)系為：BW=0.35/RT。例如，如果上升時(shí)間是1ns,則帶寬是350MHZ。如果互連線(xiàn)的帶寬是3GHZ,則它可傳輸的最短上升時(shí)間約為0.1ns。
　　4、如果不知道上升時(shí)間，可以認為信號帶寬約是時(shí)鐘頻率的5倍。
　　5、LC電路的諧振頻率是5GHZ/sqrt(LC),L的單位為NH,C的單位為PF。
　　6、在400MHZ內，軸向引腳電阻可以看作理想電阻;在2GHZ內，SMT0603電阻可看作理想電阻。
　　7、軸向引腳電阻的ESL(引腳電阻)約為8NH,SMT電阻的ESL約是1.5NH。
　　8、直徑為1MIL的近鍵合線(xiàn)的單位長(cháng)度電阻約是1歐姆/IN。
　　9、24AWG線(xiàn)的直徑約是20MIL,電阻率約為25毫歐姆/FT。
　　10、1盎司桶線(xiàn)條的方塊電阻率約是每方塊0.5豪歐姆。
　　11、在10MHZ時(shí)，1盎司銅線(xiàn)條就開(kāi)始具有趨膚效應。
　　12、直徑為1IN球面的電容約是2PF。
　　13、硬幣般大小的一對平行板，板間填充空氣時(shí)，他們間的電容約為1PF。
　　14、當電容器量板間的距離與板子的寬度相當時(shí)，則邊緣產(chǎn)生的電容與平行板形成的產(chǎn)生的電容相等。例如，在估算線(xiàn)寬為10MIL、介質(zhì)厚度為10MIL的微帶線(xiàn)的平行板電容時(shí)，其估算值為1PF/IN,但實(shí)際的電容約是上述的兩倍，也就是2PF/IN。
　　15、如果問(wèn)對材料特性一無(wú)所知，只知道它是有機絕緣體，則認為它的介電常數約為4。
　　16、1片功率為1W的芯片，去耦電容(F)可以提供電荷使電壓降小于小于5%的時(shí)間(S)是C/2。
　　17、在典型電路板鐘，當介質(zhì)厚度為10MIL時(shí)，電源和地平面間的耦合電容是100PF/IN平方，并且它與介質(zhì)厚度成反比。
　　18、如果50歐姆微帶線(xiàn)的體介電常數為4，則它的有效介電常數為3。
　　19、直徑為1MIL的圓導線(xiàn)的局部電感約是25NH/IN或1NH/MM。
　　20、由10MIL厚的線(xiàn)條做成直徑為1IN的一個(gè)圓環(huán)線(xiàn)圈，它的大小相當于拇指和食指圍在一起，其回路電感約為85NH。
　　21、直徑為1IN的圓環(huán)的單位長(cháng)度電感約是25NH/IN或1NH/MM。例如，如果封裝引線(xiàn)是環(huán)形線(xiàn)的一部分，且長(cháng)為0.5IN,則它的電感約是12NH。
　　22、當一對圓桿的中心距離小于它們各自長(cháng)度的10%時(shí)，局部互感約是各自的局部互感的50%。
　　23、當一對圓桿中心距與它們的自身長(cháng)度相當時(shí)，它們之間的局部互感比它們各自的局部互感的10%還要少。
　　24、SMT電容(包括表面布線(xiàn)、過(guò)孔以及電容自身)的回路電感大概為2NH,要將此數值降至1NH以下還需要許多工作。
　　25、平面對上單位面積的回路電感是33PHx介質(zhì)厚度(MIL)。
　　26、過(guò)孔的直徑越大，它的擴散電感就越低。一個(gè)直徑為25MIL過(guò)孔的擴散電感約為50PH。
　　27、如果有一個(gè)出沙孔區域，當空閑面積占到50%時(shí)，將會(huì )使平面對間的回路電感增加25%。
　　28、銅的趨膚深度與頻率的平方跟成反比。1GHZ時(shí)，其為2UM。所以，10MHZ時(shí)，銅的趨膚是20UM。
　　29、在50歐姆的1盎司銅傳輸線(xiàn)中，當頻率約高于50MHZ時(shí)，單位長(cháng)度回路電感為一常數。這說(shuō)明在頻率高于50MHZ時(shí)，特性阻抗時(shí)一常數。
　　30、銅中電子的速度極慢，相當于螞蟻的速度，也就是1CM/S。
　　31、信號在空氣中的速度約是12IN/NS。大多數聚合材料中的信號速度約為6IN/NS。
　　32、大多數輾壓材料中，線(xiàn)延遲1/V約是170PS/IN。
　　33、信號的空間延伸等于上升時(shí)間X速度，即RTx6IN/NS。
　　34、傳輸線(xiàn)的特性阻抗與單位長(cháng)度電容成反比。
　　35、FR4中，所有50歐姆傳輸線(xiàn)的單位長(cháng)度電容約為3.3PF/IN。
　　36、FR4中，所有50歐姆傳輸線(xiàn)的單位長(cháng)度電感約為8.3NH/IN。
　　37、對于FR4中的50歐姆微帶線(xiàn)，其介質(zhì)厚度約是線(xiàn)寬的一半。
　　38、對于FR4中的50歐姆帶狀線(xiàn)，其平面間的間隔時(shí)信號線(xiàn)線(xiàn)寬的2倍。
　　39、在遠小于信號的返回時(shí)間之內，傳輸線(xiàn)的阻抗就是特性阻抗。例如，當驅動(dòng)一段3IN長(cháng)的50歐姆傳輸線(xiàn)時(shí)，所有上升時(shí)間短與1NS的驅動(dòng)源在沿線(xiàn)傳輸并發(fā)生上升跳變時(shí)間內感受到的就是50歐姆恒定負載。
　　40、一段傳輸線(xiàn)的總電容和時(shí)延的關(guān)系為C=TD/Z0。
　　41、一段傳輸線(xiàn)的總回路電感和時(shí)延的關(guān)系為L(cháng)=TDxZ0。
　　42、如果50歐姆微帶線(xiàn)中的返回路徑寬度與信號線(xiàn)寬相等，則其特性阻抗比返回路徑無(wú)限寬時(shí)的特性阻抗高20%。
　　43、如果50歐姆微帶線(xiàn)中的返回路徑寬度至少時(shí)信號線(xiàn)寬的3倍，則其特性阻抗與返回路徑無(wú)限寬時(shí)的特性阻抗的偏差小于1%。
　　44、布線(xiàn)的厚度可以影響特性阻抗，厚度增加1MIL,阻抗就減少2歐姆。
　　45、微帶線(xiàn)定部的阻焊厚度會(huì )使特性阻抗減小，厚度增加1MIL,阻抗減少2歐姆。
　　46、為了得到精確的集總電路近似，在每個(gè)上升時(shí)間的空間延伸里至少需要有3.5個(gè)LC節。
　　47、單節LC模型的帶寬是0.1/TD。
　　48、如果傳輸線(xiàn)時(shí)延比信號上升時(shí)間的20%短，就不需要對傳輸線(xiàn)進(jìn)行端接。
　　49、在50歐姆系統中，5歐姆的阻抗變化引起的反射系數是5%。
　　50、保持所有的突變(IN)盡量短于上升時(shí)間(NS)的量值。
　　51、遠端容性負載會(huì )增加信號的上升時(shí)間。10-90上升時(shí)間約是(100xC)PS,其中C的單位是PF。
　　52、如果突變的電容小于0.004XRT,則可能不會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題。
　　53、50歐姆傳輸線(xiàn)中拐角的電容(Ff)是線(xiàn)寬(MIL)的2倍。
　　54、容性突變會(huì )使50%點(diǎn)的時(shí)延約增加0.5XZ0XC。
　　55、如果突變的電感(NH)小于上升時(shí)間(NS)的10倍，則不會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題。
　　56、對上升時(shí)間少于1NS的信號，回路電感約為10NH的軸向引腳電阻可能會(huì )產(chǎn)生較多的反射噪聲，這時(shí)可換成片式電阻。
　　57、在50歐姆系統中，需要用4PF電容來(lái)補償10NH的電感。
　　58、1GHZ時(shí)，1盎司銅線(xiàn)的電阻約是其在DC狀態(tài)下電阻的15倍。
　　59、1GHZ時(shí)，8MIL寬的線(xiàn)條的電阻產(chǎn)生的衰減與介質(zhì)此材料產(chǎn)生的衰減相當，并且介質(zhì)材料產(chǎn)生的衰減隨著(zhù)頻率變化得更快。
　　60、對于3MIL或更寬的線(xiàn)條而言，低損耗狀態(tài)全是發(fā)生在10MHZ頻率以上。在低損耗狀態(tài)時(shí)，特性阻抗以及信號速度與損耗和頻率無(wú)關(guān)。在常見(jiàn)的級互連中不存在由損耗引起的色散現象。
　　61、-3DB衰減相當于初始信號功率減小到50%，初始電壓幅度減小到70%。
　　62、-20DB衰減相當于初始信號功率減小到1%，初始電壓幅度減小到10%。
　　63、當處于趨膚效應狀態(tài)時(shí)，信號路徑與返回路徑的單位長(cháng)度串聯(lián)約是(8/W)Xsqrt(f)(其中線(xiàn)寬W:MIL;頻率F:GHZ)。
　　64、50歐姆的傳輸線(xiàn)中，由導體產(chǎn)生的單位長(cháng)度衰減約是36/(Wz0)DB/IN。
　　65、FR4的耗散因子約是0.02。
　　66、1GHZ時(shí)，FR4中由介質(zhì)材料產(chǎn)生的衰減約是0.1DB/IN，并隨頻率線(xiàn)性增加。
　　67、對于FR4中的8MIL寬、50歐姆傳輸線(xiàn)，在1GHZ時(shí)，其導體損耗與介質(zhì)材料損耗相等。
　　68、受損耗因子的制約，FR4互連線(xiàn)(其長(cháng)是LEN)的帶寬約是30GHZ/LEN。
　　69、FR4互連線(xiàn)可以傳播的最短時(shí)間是10PS/INxLEN。
　　70、如果互連線(xiàn)長(cháng)度(IN)大于上升時(shí)間(NS)的50倍，則FR4介質(zhì)板中由損耗引起的上升邊退化是不可忽視的。
　　71、一對50歐姆微帶傳輸線(xiàn)中，線(xiàn)間距與線(xiàn)寬相等時(shí)，信號線(xiàn)間的耦合電容約占5%。
　　72、一對50歐姆微帶傳輸線(xiàn)中，線(xiàn)間距與線(xiàn)寬相等時(shí)，信號線(xiàn)間的耦合電感約占15%。
　　73、對于1NS的上升時(shí)間，FR4中近端噪聲的飽和長(cháng)度是6IN,它與上升時(shí)間成比例。
　　74、一跟線(xiàn)的負載電容是一個(gè)常數，與附近其他線(xiàn)條的接近程度無(wú)關(guān)。
　　75、對于50歐姆微帶線(xiàn)，線(xiàn)間距與線(xiàn)寬相等時(shí)，近端串擾約為5%。
　　76、對于50歐姆微帶線(xiàn)，線(xiàn)間距是線(xiàn)寬的2倍時(shí)，近端串擾約為2%。
　　77、對于50歐姆微帶線(xiàn)，線(xiàn)間距是線(xiàn)寬的3倍時(shí)，近端串擾約為1%。
　　78、對于50歐姆帶狀線(xiàn)，線(xiàn)間距與線(xiàn)寬相等時(shí)，近端串擾約為6%。
　　79、對于50歐姆帶狀線(xiàn)，線(xiàn)間距是線(xiàn)寬的2倍時(shí)，近端串擾約為2%。
　　80、對于50歐姆帶狀線(xiàn)，線(xiàn)間距是線(xiàn)寬的3倍時(shí)，近端串擾約為0.5%。
　　81、一對50歐姆微帶傳輸線(xiàn)中，間距與線(xiàn)寬相等時(shí)，遠端噪聲是4%Xtd/rt。如果線(xiàn)時(shí)延是1ns,上升時(shí)間時(shí)0.5ns，則遠端噪聲是8%。
　　82、一對50歐姆微帶傳輸線(xiàn)中，間距是線(xiàn)寬的2倍時(shí)，遠端噪聲是2%Xtd/rt。如果線(xiàn)時(shí)延是1ns,上升時(shí)間時(shí)0.5ns，則遠端噪聲是4%。
　　83、一對50歐姆微帶傳輸線(xiàn)中，間距是線(xiàn)寬的3倍時(shí)，遠端噪聲是1.5%Xtd/rt。如果線(xiàn)時(shí)延是1ns,上升時(shí)間時(shí)0.5ns，則遠端噪聲是4%。
　　84、帶狀線(xiàn)或者完全嵌入式微帶線(xiàn)上沒(méi)有遠端噪聲。
　　85、在50歐姆總線(xiàn)中，不管是帶狀線(xiàn)還是微帶線(xiàn)，要使最懷情況下的遠端噪聲低于5%，就必須保持線(xiàn)間距大于線(xiàn)寬的2倍。
　　86、在50歐姆總線(xiàn)中，線(xiàn)間距離等于線(xiàn)寬時(shí)，受害線(xiàn)上75%的竄擾來(lái)源于受害線(xiàn)兩邊鄰近的那兩跟線(xiàn)。
　　87、在50歐姆總線(xiàn)中，線(xiàn)間距離等于線(xiàn)寬時(shí)，受害線(xiàn)上95%的竄擾來(lái)源于受害線(xiàn)兩邊距離最近的每邊各兩根線(xiàn)條。
　　88、在50歐姆總線(xiàn)中，線(xiàn)間距離是線(xiàn)寬的2倍時(shí)，受害線(xiàn)上100%的竄擾來(lái)源于受害線(xiàn)兩邊鄰近的那兩根線(xiàn)條。這是忽略與總線(xiàn)中其他所有線(xiàn)條間的耦合。
　　89、對于表面布線(xiàn)，加大相鄰信號線(xiàn)間的距離使之足以添加一個(gè)防護布線(xiàn)，串擾常常就會(huì )減小到一個(gè)可以接受的水平，而且這是沒(méi)必要增加防護布線(xiàn)。添加終端短接的防護布線(xiàn)可將串擾減小到50%。
　　90、對于帶狀線(xiàn)，使用防護線(xiàn)可以使串擾減小到不用防護線(xiàn)時(shí)的10%。
　　91、為了保持開(kāi)關(guān)噪聲在可以接受的水平，必須時(shí)互感小于2.5nhx上升時(shí)間(ns)。
　　92、對于受開(kāi)關(guān)噪聲限制的接插件或者封裝來(lái)說(shuō)，最大可用的時(shí)鐘頻率是
　　250MHZ/(NxLm)。其中，Lm是信號/返回路徑對之間的互感(nh)，N是同時(shí)開(kāi)館的數量。
　　93、在LVDS信號中，共模信號分量是比差分信號分量達2倍以上。
　　94、如果之間沒(méi)有耦合，差分對的差分阻抗是其中任意一個(gè)單端線(xiàn)阻抗的2倍。
　　95、一對50歐姆微帶線(xiàn)，只要其中一跟線(xiàn)的電壓維持在高或低不變，則另一跟線(xiàn)的單端特性阻抗就與鄰近線(xiàn)的距離完全無(wú)關(guān)。
　　96、在緊耦合差分微帶線(xiàn)中，與線(xiàn)寬等于線(xiàn)間距時(shí)的耦合相比，線(xiàn)條離得很遠而沒(méi)有耦合時(shí)，差分特性阻抗僅會(huì )降低10%左右。
　　97、對于寬邊耦合差分對，線(xiàn)條間的距離應至少比線(xiàn)寬大，這么做的目的是為了獲得可高達100歐姆的查分阻抗。
　　98、FCC的B級要求是，在100MHZ時(shí)，3M遠處的遠場(chǎng)強度要小于150UV/M.
　　99、鄰近的單端攻擊次線(xiàn)在強耦合差分對上產(chǎn)生的差分信號串擾比弱耦合差分對上的少30%。
　　100、鄰近的單端攻擊次線(xiàn)在強耦合差分對上產(chǎn)生的共模信號串擾比弱耦合差分對上的多30%。


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