下面是小编为大家整理的PCB信号完整性分析，本文共5篇，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。
篇1：PCB信号完整性分析
电子设备的组装设计就必须考虑信号完整性的设计与实现问题，在模拟电路中，由于采用的是单频或窄频带信号，实现电路功能最关心的是信噪比，通常不需要讨论信号波形和波形畸变。但是，在数字电路中实现电路功能的方式发生了根本性的变化:采用的信号为周期脉冲，工作的方式是突发性的，逻辑关系成为核心，需要严格保证时间间隔和时序关系。于是，就提出了保证信号完整性的设计要求。
一般可以认为信号完整性应该包括如下几点含义:信号的波形畸变应该控制在一定的范围之内，信号流的时序图能满足逻辑要求，在突发状态下信号的产生与传输过程平稳。信号完整性的破坏主要来源于两个原因，首先是由于外界干扰，特别是传导通道的干扰包括传输通道阻抗失配造成的反射影响，破坏了原来的波形;其次，数字信号在传播时会自然地发生频谱分散效应，改变了原来的波形。
当时钟频率比较高时，例如时钟达到10MHz以上或脉冲的边沿时间达到1ns 以下时，我们会发现将信号传输到预想的地方并不很容易，有许多因素会影响信号完整性问题，其中包括抖动、延迟、地电位弹跳、反射、串扰、开关噪声、电源失配、衰减、脉冲展宽、时序混乱等问题。
信号完整性问题总是要涉及信号的整个过程，因此，信号完整性保证需要整个信号工作的物理环境来实现。为此，有必要建立信号完整性系统模型。信号完整性系统模型应该包括完整信号源、信号的物理协调通道、信号完整接收三个部分。三个部分主要内容如下:
(1)完整信号源:保证产生信号的完整性。其中包括电源保证、噪声的滤除、地电位、共模消除、输出阻抗保证等内容。
(2)信号的物理协调通道: 保障信号在传输中不发生改变。其中包括:串音、延时、通道陷落、反射和谐振、带宽、衰减、阻抗控制、电路链接等等。
(3)信号完整接收:保证无失真地高效率地接收。其中包括:输入阻抗匹配、接地处理、多端网络互阻抗、退耦电容、滤波电容、输入网络信号分配和信号保护等问题。信号完整性系统模型可以示意地画成下图的形式。
图1，信号完整性系统模型
当对产品进行信号完整性(SI)分析或设计时，以下是主要考虑的几个方面:
1)频率:信号涉及的频谱范围? 实现电路功能对信号频谱的要求?
2)幅度:信号的能量水平和强度要求如何，所需要保证的功率有多大?
3)时间:信号是连续的(周期信号)，或者只在一定的周期中发生和工作(例如，磁盘的写周期或网络的突发传输阶段)?
4)阻抗:信号源输出、传输通道和接收单元的阻抗都是多少?传输过程的阻抗不连续性?
5)串扰:发射设备的干扰? 射频电流经结构进入电路的情况，结构尺寸等于波长的显著主部或“上升时间”的主部尺寸，分布参数( 电容、电感、连接阻抗)形成的新通道？
6)逻辑和传输延迟:时序要求?通道延迟?频率迁移效应?容性负载的处理?
1.反射噪声
信号反射噪声的形成：反射就是在传输线上的回波，信号功率的一部分经传输线传给了负载，另一部分则向源端反射，反射是造成上冲、下冲和振铃的直接原因，是高速电路中最常见的信号完整性问题。在高速PCB设计中，可以把导线等效为传输线，而不是集中参数电路中的导线，通过考察其在不同频率下的阻抗，来研究其传输效应。图1是传输线模型，传输线上的阻抗不连续会导致信号反射，传输线上反射信号的大小取决于传输线阻抗Z0与负载阻抗ZL的差别。反射信号与原信号的比值，
图2 传输线模型
称为反射系数KR，其值为：KR=（ZL-Z0）/(ZL+Z0)当R0=ZL=Z0时，KR=0，不会发生反射；KR=1,-1时，负载开路或短路，信号全部发射回去。在高速数字系统中，减小和消除反射的方法是根据传输线的特性阻抗在其发送端或接收端进行终端阻抗匹配，从而使反射系数为零。端接方法有并联端接和串联端接两种。
多网络间的串扰问题： 串扰是信号线之间不希望有的耦合， 分容性串扰和感性串扰两种。 容性串扰就是信号线间的容性耦合，当信号线在一定程度上靠得比较近时就会发生容性耦合，引发耦合电流从而导致电磁干扰。在PCB上布两条靠近的走线，很容易产生耦合电容，由于这种耦合电容的存在，在一条走线上的快速电压变化会在另一条走线上产生电流信号， 即耦合电流。耦合电容的大小:C=W*L*εe*εr/d，当d越小C越大，大多数耦合电容是靠近放置两条平行走线引起的，走线距离越近耦合电容越大，引发的容性串扰越严重。
对高速PCB进行布线时，如果布线空间较小或布线密度较大时，串扰问题就非常严重，它造成的电磁干扰严重影响电路的信号。为了减少串扰，布线时可以采用以下措施：对串扰敏感的信号线进行适当的端接，通过阻抗匹配减少耦合电容从而减少串扰；
尽量增大平行走线的信号线之间的距离以减小容性串扰；在串扰较严重的两条平行走线的信号线之间插入一条地线可以减小容性串扰,但是这根地线需要每隔1/4波长加一个过孔接到地层；减少两根或多根信号线的平行长度，必要时对
平行长度很长的信号线，采用jog的布线方式，对不同速率的信号设置不同的布线层，并合理设置平面层；对于微带传输线和带状传输线，将走线高度限制在高于地线平面10mils（1 mils = 0.00254 cm）以内；尽量减少环路的数量，避免产生人为的环路并尽量减小环路的面积，这样就减少了辐射源和易感应电路，从而有效地消除感性串扰。
图3 减少串扰的jog走线方式
2.印制线拐角特性阻抗突变的理论分析
传输线上传输高速电信号时，就会有电磁波沿传输线进行传播。PCB印制线传输高频信号与传送直流或低频信号有很大的不同。在PCB上布线时，一般采用微带线或带状线技术，因此PCB印制线工作于高频也就是微带线或带状线。我们以微带线作为印刷电路板上的传输线，进行理论和仿真分析。
当PCB印制线经过拐角时，印制线宽度的变化是最大的，印制线的特性阻抗变化也是最大。由于印制线在经过拐角时宽度变宽，所以走线与参考层之间的电容增大，走线的特性阻抗减小。因此，印制线拐角处存在特性阻抗不连续性，从而导致印制线上信号的反射，影响信号完整性不同几何形状拐角的反射和传输特性比较：常见PCB印制线拐角的几何形状：直角拐角、圆拐角、内外45度斜切拐角、45
度外斜切拐角
上图表明在所示频率范围，不同几何形状印制线拐角的反射和传输特性各异。传输特性呈现优良的次序依次为：直角
3.电源噪声
电源的稳定性和信号的完整性二者是密切关联的，很多情况下影响信号畸变的主要原因是电源的供电系统
电源噪声的滤出：由于不论采用何种电源分配方案，系统中的PCB的分层、电源板层平面的形状、元器件的布局、过孔和管脚的分布等都会影响电源与地之间的阻抗从而产生严重的噪声，造成信号畸变。为了减少电源与地之间的阻抗，最合适的一个方法是在电源和地之间放置一定数量的去耦电容，增加额外的`滤波，减少电源供电系统阻抗。这样既能使电路板本身特有的谐振可以被抑制掉，从而减少噪声的产生，又能降低电路板边缘辐射以缓解电磁兼容问题。
去耦电容的放置
电路工作频率范围在几百兆赫兹时，PCB 上放置分立的去耦电容在控制电源供电系统阻抗时起到很好的作用。但频率再高时，每个分立去耦电容的寄生电感以及板层和过孔的环路电感将会极大地降低去耦效果，因此仅仅通过PCB上放置分立的去耦电容是无法进一步降低电源供电系统的阻抗的。为了使电源系统在高频情况下也能保持低阻抗，芯片及集成电路封装结构子系统都要设置去耦电容。芯片上的电源栅格由交替放置的几层金属层构成，因此电源栅格之间形成了去耦电容。另外在芯片的内核电源供电部分集成人量的去耦单元。在集成电路封装结构的上表面安装去耦电容。这样当频率范围从几百兆赫兹到吉赫兹时，封装结构
的电源供电系统的板间电容、封装结构上放置的分立去耦电容、芯片内电源栅格之间的电容以及芯片内的去耦电容将起到很好的去耦作用。电源系统的各部分去耦电容分别在不同的频率范围内作出响应，因此通过对芯片．封装．电路板的电源供电系统进行优化设计，充分发挥各部分的滤波作用，就能有效地达到滤出电源噪声的目的。
电源供电系统的布线规则：为了保证PCB 的电源供电系统能为系统提供稳定可靠的电源，除了在电路中放置去耦电容外，在电源的布线方面也有严格的要求。电源布线的一般规则如下：
（1）线路板中的电源线和地线的设计尤为重要。根据不同的电路板流过电流的大小，尽量加大电源线的宽度，这样既可以减小环路电阻，又能降低耦合噪声：地线应短而粗，如果地线是很细的导线，接地电位就会随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。可以用大面积铜层作地线用，或做成多层板，电源与地线各占用一层；为了减少阻抗，电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线应短而粗；为了减少信号环路面积，要使电源总线靠近信号线，并且尽量不要走长的电源连线：避免分开的电源在不同的层之间重叠，如果电源层交叠，电路就会有交叠的可能，会损害电路的分离性，使得噪声很容易通过寄生电容耦合过去。
（2）高速模拟器件一般对数字噪声很敏感，因此模拟电路与数字电路的供电电源要分开。但有些器件，其信号跨越模拟和数字两部分，这时可在信号跨越处放置一条回路以减小环路面积。
(3)尽量将高速和高功耗的器件放置在一起，这样可减少电源电压瞬时的过冲。
(4)有些器件对干扰特别敏感，如锁相环电路，因此需要对敏感器件进行隔离。隔离方法是在电源层上刻蚀一个U形隔离槽，将敏感器件置于其中，这样，外部噪声只能沿着U形槽走，避免靠近敏感器件。
(5)为了提高电路的抗干扰能力，要对电路中的单片机使用电源监控。对单片机闲置的I／O口，要接地或接电源，不要悬空。
总之，在PCB的设计中，需要把元器件的布局、布线及每种情况下应采用的何种信号完整性问题的解决方法综合起来，才能更好地解决PCB板的信号完整性问题。
篇2：印刷电路板PCB信号完整性的分析
印刷电路板PCB信号完整性的分析
随着集成电路输出开关速度的提高及PCB板密度增加,信号完整性设计已经成为高速PCB设计需要解决的重要问题.本文主要讨论信号完整性的三个主要方面:单一网络的信号反射;多网络间的.串扰;电源和地分配系统的噪声问题.
作 者：黄义文 作者单位：广州民航职业技术学院招生办公室,广东广州,510403 刊 名：中国民航飞行学院学报 英文刊名：JOURNAL OF CIVIL AVIATION FLIGHT UNIVERSITY OF CHINA 年，卷(期)： “”(3) 分类号：V2 关键词：集成电路 PCB 信号完整性篇3：一起列车冒进信号险性事故的分析论文
一起列车冒进信号险性事故的分析论文
论文摘要：针对一起列车冒进信号险性事故，找出了事故发生的原因，并对事故进行了理论分析，提出了防止事故发生的方法。
论文关键词：内燃机车,行车事故,故障原因
1.引言
铁路作为一种交通运输工具，在我国人民的生活和生产中占据非常重要的地位，铁路安全关系千家万户的平安与幸福，然而尽管有各项规章制度作为保障，但是铁路事故仍然时有发生，本文通过对一起列车冒进信号险性事故的分析，旨在提醒广大铁路工作者善于吸取自己的教训，吸取被人的教训，吸取历史的教训，确保铁路安全正点。特别是在经济飞速发展的今天尤为重要。
2.事故概况
某年10月23日，3153次摘挂列车零时25分从苏州西站换乘出发，于1时33分到达陆家浜站3道停车，列车缓解，为了更换机车闸瓦，需关闭机车闸缸塞门，但学员错误关闭了机车后端折角塞门，机车更换闸瓦后，折角塞门未开放，又未进行列车制动机试验，就于2时03分开车，列车行至黄渡站外，速度为64km/h，进站信号显示双黄灯，司机采取常用制动，又因运转车长违章登乘机车，故用无线电话呼叫黄渡站，黄渡站车站值班员采取应急措施，将接车线（5道）末端道岔开通翔黄联络线，此后自停虽动作，但因机后车辆制动无效，2时25分列车以49km/h的速度冒进黄渡站5道下行出站信号机，并进入翔黄联络线区间后才停车。构成列车冒进信号险性事故。
3.事故原因
3.1.值乘机班在更换机车闸瓦是违章关闭机车后端折角塞门，又忘记开放，以致于列车中辆制动无效。
3.2.列车在中间站停车未采取保压措施。
3.3.不按规定进行列车制动机简略试验。
3.4.运转车长未按规定在守车上值乘，司机发现异状后尾部无人采取补救措施。
4.事故分析
4.1列车制动时，当制动管减压达到了司机预期的某一个减压量时，司机将自阀（制动阀4）的手柄由制动位Ⅲ移至中立位Ⅱ，在这个位置时制动阀既切断制动管与大气的通路，也切断总风缸压力空气经给气阀向制动管充气的通路，制动管停止减压。这时，因三通阀活塞仍处于制动位，活塞内侧副风缸压力空气仍继续流入制动缸，副风缸压力继续下降，等到副风缸压力下降到稍低于活塞外侧制动管压力时，活塞带着节制阀向内回移至它的前肩碰到滑阀为止。仅移动一个间隙距离B，这时滑阀没有移动。节制阀在滑阀顶面上的'相对移动，遮住了z孔，副风缸与制动缸的的通路被切断，制动缸的压力停止上升，制动机处于保压状态。
所以只要制动管减压到某一值后不再减压，等到副风缸压力稍低于制动管压力时，三通阀会自动达到中立位。
4.2列车在中间站停留时，不准停止柴油机的工作。并保持列车制动。货物列车应保压停车，直至发车前或接到车站准备开车的通知后，方能缓解列车制动。
4.3中间站停车，有条件是应对机车主要部件进行检查。列车制动管达到规定压力后，自阀施行最大有效减压并保压1min，测定制动主管贯通状态，检车员、运转车长、车站值班员或有关人员检查确认最后一辆车发生制动作用；司机检查列车制动主管漏泄量，其压力下降不得超过20kpa/min。
5.结束语
各级职能部门一定要把各项规章制度的落实情况放在首位，严格执行防止列车中折角塞门关闭的措施。机车中间站停车必须按规定进行列车制动机试验。严格运转车长值乘制度，不准违章登乘机车。各级干部要经常添乘指导，发现问题及时纠正。
参考文献
〔1〕《内燃机车电传动》.中国铁道出版社。
〔2〕杨兆昆.《东风4型内燃机车乘务员手册》.中国铁道出版社。
篇4：地铁信号系统安全分析
地铁信号系统安全分析
本文简要介绍了地铁信号系统的.组成,着重对地铁信号各子系统的安全性方面进行了分析,并对基于通信的列车控制技术在信号系统中的应用进行了探讨.
作 者：王歆珏 崔建乐 作者单位：王歆珏(南京地下铁道有限公司运营分公司,江苏,南京,210012)崔建乐(河北远东通信系统工程有限公司,河北,石家庄,050200)
刊 名：自动化博览 英文刊名：AUTOMATION PANORAMA 年，卷(期)： 26(2) 分类号：U2 关键词：信号系统 列车自动控制 基于通信的列车控制篇5：GPS信号的多普勒效应分析
GPS信号的多普勒效应分析
给出了GPS信号多普勒效应以及利用多普勒观测量计算电离层总电子含量的计算公式.利用这些公式及GPS接收机的`多普勒观测量对运动多普勒和电离层引起的介质多普勒进行了分析,给出了利用多普勒观测量计算的电离层总电子含量.结果表明:GPS的运动多普勒在正负几千赫兹之间,与运动多普勒相比,GPS信号的介质多普勒要小得多,其量级在10-2赫兹;利用GPS多普勒观测量可计算电离层总电子含量,其相对变化精度要高于利用伪距观测量的计算结果,但低于利用伪距+载波相位观测量的计算结果.
作 者：张东和 萧佐 作者单位：张东和(中国电波传播研究所青岛分所,山东,青岛,266071；中国科学院空间科学与应用研究中心,北京,100080)萧佐(北京大学地球物理系,北京,100871)
刊 名：电波科学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCE 年，卷(期)：2002 17(1) 分类号：P228.4 关键词：GPS 多普勒效应 TEC
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