信號完整性(SI)和電源完整性(PI)是兩種不同但領域相關的分析
，涉及數字電路正確操作。在信號完整性中，重點是確保傳輸的1在接收器中看起來就像 1(對0同樣如此)。在電源完整性中
，重點是確保為驅動器和接收器提供足夠的電流以發送和接收1和0。因此，電源完整性可能會被認為是信號完整性的一個組成部分。實際上
，它們都是關於數字電路正確模擬操作的分析。

分析的必要性

如(ru)果(guo)計(ji)算(suan)資(zi)源(yuan)是(shi)無(wu)限(xian)的(de)
，這(zhe)些(xie)不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)的(de)分(fen)析(xi)可(ke)能(neng)不(bu)存(cun)在(zai)。整(zheng)個(ge)電(dian)路(lu)將(jiang)會(hui)被(bei)分(fen)析(xi)一(yi)次(ci)，而(er)電(dian)路(lu)某(mou)一(yi)部(bu)分(fen)中(zhong)的(de)問(wen)題(ti)將(jiang)會(hui)被(bei)識(shi)別(bie)並(bing)消(xiao)除(chu)。但(dan)除(chu)了(le)受(shou)實(shi)際(ji)上(shang)可(ke)仿(fang)真(zhen)哪(na)些(xie)事(shi)物(wu)的(de)現(xian)實(shi)束(shu)縛(fu)之(zhi)外(wai)
，具(ju)有(you)不(bu)同(tong)領(ling)域(yu)分(fen)析(xi)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)，可(ke)成(cheng)組(zu)解(jie)決(jue)特(te)定(ding)問(wen)題(ti)

，而(er)無(wu)需(xu)歸(gui)類(lei)為(wei)“可能出錯的任何事物”。zaixinhaowanzhengxingzhong，liru

，zhongdianshicongfasheqidaojieshouqidelianlu。kejinweifasheqihejieshouqiyijizhongjiandeyiqieshiwuchuangjianmoxing。zheshidefangzhenxinhaowanzhengxingbiandexiangdangjiandan。lingyifangmian，yaofangzhendianyuanwanzhengxingkenengyoudiankunnan，yinwei“邊界”有點不太明確
，且實際上對信號完整性領域中的項目具有一定的依賴性。

在信號完整性中，目標是消除關於信號質量、串擾和定時的問題。所有這些類型的分析都需要相同類型的模型。它們包括驅動器和接收器、芯片封裝及電路板互連(由走線及過孔、分立器件和/或連接器組成)的模型。驅動器和接收器模型包括關於緩衝器阻抗、翻轉率和電壓擺幅的信息。通常
，IBIS 或 SPICE 模型用作緩衝器模型。這些模型與互連模型結合使用來運行仿真
，從而確定接收器中的信號情況。

互連將主要包括行為類似於傳輸線的電路板走線。此類傳輸線具有阻抗、延(yan)遲(chi)和(he)損(sun)耗(hao)特(te)性(xing)。它(ta)們(men)的(de)特(te)性(xing)決(jue)定(ding)了(le)所(suo)連(lian)接(jie)的(de)驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)與(yu)彼(bi)此(ci)進(jin)行(xing)交(jiao)互(hu)的(de)方(fang)式(shi)。互(hu)連(lian)的(de)電(dian)磁(ci)特(te)性(xing)必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)某(mou)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)場(chang)求(qiu)解(jie)器(qi)進(jin)行(xing)求(qiu)解(jie)，該(gai)場(chang)求(qiu)解(jie)器(qi)通(tong)過(guo)可(ke)與(yu)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)仿(fang)真(zhen)器(qi)結(jie)合(he)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)路(lu)元(yuan)件(jian)或(huo) S canshumoxinglaimiaoshuqitezheng。daduoshuzouxianjunkejianmoweiyigejunyundeerweihengjiemian。gaihengjiemianzuyijisuanzouxiandezukangtexing。zukangjianghuiyingxiangxinhaoxianshangjieshouqizhongdeboxingxingzhuang。zuijibendexinhaowanzhengxingfenxibaokuoshezhidianlubandieceng(包括適當的介電層厚度)，以及查找正確的走線寬度
，以實現一定的走線目標阻抗。

與(yu)過(guo)孔(kong)相(xiang)比(bi)，對(dui)走(zou)線(xian)進(jin)行(xing)建(jian)模(mo)會(hui)相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)。當(dang)對(dui)較(jiao)快(kuai)的(de)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)分(fen)析(xi)時(shi)，適(shi)當(dang)的(de)過(guo)孔(kong)建(jian)模(mo)就(jiu)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。通(tong)常(chang)，千(qian)兆(zhao)位(wei)信(xin)號(hao)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)三(san)維(wei)場(chang)求(qiu)解(jie)器(qi)對(dui)模(mo)型(xing)特(te)征(zheng)進(jin)行(xing)適(shi)當(dang)地(di)描(miao)述(shu)。幸(xing)運(yun)的(de)是(shi)，這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)往(wang)往(wang)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)，這(zhe)使(shi)它(ta)們(men)的(de)影(ying)響(xiang)相(xiang)對(dui)局(ju)部(bu)化(hua)。穿(chuan)過(guo)過(guo)孔(kong)的(de)快(kuai)速(su)、單端信號與配電網絡(PDN)進行強有力地交互。從這些過孔返回的電流穿過附近的縫合孔、縫合電容器和/或平麵對(組成PDN且需要建模以進行電源完整性分析的相同元器件)。


在電源完整性分析中，較高頻率的能量分布在整個傳輸平麵上。這立即使此分析比基本信號完整性更複雜
，因為能量將沿x和y方向移動，而不是僅沿傳輸線一個方向移動。在直流中，建模需要計算走線的串聯電阻
、平麵形狀和過孔相對較為簡單。但是對於高頻率，分析PDN的不同位置上電源與地麵之間的阻抗需要複雜的計算。阻抗將根據電路板的位置(電容器的放置位置、安裝方式
、類型及電容值)而異。高頻行為(如安裝電感和平麵擴散電感)需要包括在建模中，以便生成準確的去耦分析結果。存在簡單版本的去耦分析(通常稱為集總分析)，在此分析中
，會將PDN視shi為wei一yi個ge節jie點dian來lai計ji算suan其qi阻zu抗kang。這zhe通tong常chang是shi可ke一yi次ci性xing成cheng功gong的de有you效xiao而er快kuai速su的de初chu步bu分fen析xi，可ke確que保bao有you足zu夠gou的de電dian容rong器qi且qie它ta們men具ju有you正zheng確que的de值zhi。然ran後hou，運yun行xing分fen布bu式shi去qu耦ou分fen析xi可ke確que保bao在zai電dian路lu板ban的de不bu同tong位wei置zhi滿man足zuPDN的所有阻抗需求。

信號完整性仿真

信號完整性仿真重點分析有關高速信號的3個主要問題：信號質量、串(chuan)擾(rao)和(he)時(shi)序(xu)。對(dui)於(yu)信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)，目(mu)標(biao)是(shi)獲(huo)取(qu)具(ju)有(you)明(ming)確(que)的(de)邊(bian)緣(yuan)，且(qie)沒(mei)有(you)過(guo)度(du)過(guo)衝(chong)和(he)下(xia)衝(chong)的(de)信(xin)號(hao)。通(tong)常(chang)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)添(tian)加(jia)某(mou)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)端(duan)接(jie)以(yi)使(shi)驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)阻(zu)抗(kang)與(yu)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)阻(zu)抗(kang)相(xiang)匹(pi)配(pei)來(lai)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)。對(dui)於(yu)多(duo)點(dian)分(fen)支(zhi)總(zong)線(xian)，並(bing)非(fei)總(zong)能(neng)匹(pi)配(pei)阻(zu)抗(kang)，因(yin)此(ci)，需(xu)要(yao)將(jiang)端(duan)接(jie)和(he)拓(tuo)撲(pu)的(de)長(chang)度(du)變(bian)化(hua)相(xiang)結(jie)合(he)來(lai)控(kong)製(zhi)反(fan)射(she)
，使(shi)得(de)它(ta)們(men)不(bu)會(hui)對(dui)信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)和(he)時(shi)序(xu)產(chan)生(sheng)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)。


可以運行這些相同的仿真，以確定信號經過電路板時的傳輸時間。電路板時序是係統時序的一個重要組成部分，並受線路長度、其qi在zai經jing過guo電dian路lu板ban時shi的de傳chuan播bo速su度du以yi及ji接jie收shou器qi中zhong波bo形xing形xing狀zhuang的de影ying響xiang。由you於yu波bo形xing的de形xing狀zhuang確que定ding了le接jie收shou的de信xin號hao穿chuan越yue邏luo輯ji閾yu值zhi的de時shi間jian

，因yin此ci，它ta對dui於yu時shi序xu來lai說shuo是shi非fei常chang重zhong要yao的de。這zhe些xie仿fang真zhen通tong常chang會hui驅qu動dong走zou線xian長chang度du約yue束shu的de變bian化hua。
tongchangyunxingdelingyigexinhaowanzhengxingfangzhenshichuanrao。zheshejiduotiaoxianghuouhedechuanshuxian。suizhezouxianjijinmijidedianlubansheji，lejietamenzhengzaixianghuouheduoshaonengliangduiyuxiaochuyinchuanraochanshengdecuowushifeichangzhongyaode。zhexiefangzhenjiangtuidongzouxianzhijiandezuixiaojianjuyaoqiu。
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電源完整性仿真

在電源完整性分析中，主要仿真類型有直流壓降分析、去耦分析和噪聲分析。直流壓降分析包括對PCB上(shang)複(fu)雜(za)走(zou)線(xian)和(he)平(ping)麵(mian)形(xing)狀(zhuang)的(de)分(fen)析(xi)，可(ke)用(yong)於(yu)確(que)定(ding)由(you)於(yu)銅(tong)的(de)電(dian)阻(zu)將(jiang)損(sun)失(shi)多(duo)少(shao)電(dian)壓(ya)。此(ci)外(wai)
，還(hai)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)直(zhi)流(liu)壓(ya)降(jiang)分(fen)析(xi)來(lai)確(que)定(ding)高(gao)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)區(qu)域(yu)。實(shi)際(ji)上(shang)，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)熱(re)仿(fang)真(zhen)器(qi)對(dui)它(ta)們(men)進(jin)行(xing)協(xie)同(tong)仿(fang)真(zhen)，以(yi)查(zha)看(kan)熱(re)效(xiao)應(ying)。幸(xing)運(yun)的(de)是(shi)，針(zhen)對(dui)直(zhi)流(liu)壓(ya)降(jiang)問(wen)題(ti)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)：添加更多的金屬。這些額外金屬可能會采用更寬和/或更厚的走線和平麵形狀、額外平麵或額外過孔。


上麵簡要討論的去耦分析旨在確定和最大限度減少電路板不同IC位置上電源與地麵之間的阻抗。去耦分析通常會驅動PDN中所用電容器的值、類型和數量的變化。因此，它需要包括寄生電感和電阻的電容器模型。它還會驅動電容器安裝方式的變化和/或電路板疊層的變化，以滿足低阻抗要求。

噪聲分析的類型可能會有所不同。它們可以包括圍繞電路板傳播的、來自ICdianyuanguanjiaozhongdezaosheng，ketongguoquoudianrongqiduiqijinxingkongzhi。tongguozaoshengfenxi，keyitiaozhazaoshengruhecongyigeguokongouhedaolingyigeguokong，keyiduitongbukaiguanzaoshengjinxingfenxi。zaixuduoqingkuangxia，zhezhongzaoshengshiyouxinhaoqiehuan(從1到0及從0到1)引起的
，因此它與信號完整性密切相關。但在所有情況下
，這些電源完整性分析的最終目標是驅動PDN的變化：電源/地麵平麵對
、走線、電容器和過孔。


PDN不僅充當為IC提ti供gong電dian流liu的de手shou段duan，還hai用yong作zuo信xin號hao的de返fan回hui電dian流liu路lu徑jing。信xin號hao完wan整zheng性xing與yu電dian源yuan完wan整zheng性xing之zhi間jian的de大da量liang交jiao叉cha發fa生sheng在zai過guo孔kong中zhong。對dui於yu穿chuan過guo過guo孔kong的de單dan端duan信xin號hao來lai說shuo，PDN充當該信號的返回電流路徑。附近的過孔或電容器為返回電流提供路徑

，以使其從一個平麵移至下一個平麵。因此，PDN實際上決定了該單端過孔的阻抗和延遲特性，並且對於更快的單端信號(如DDR3和DDR4)的精確建模來說是至關重要的。使用這一相同的SI/PI組合過孔模型，可以分析從一個過孔到下一個過孔的耦合，以及信號通過過孔到PDN的耦合。

同樣地

，PDN對於最大限度減少可能由多個信號切換(通常稱為SSN)同時引起的噪聲來說是至關重要的。如果在IC電源管腳中的PDN阻zu抗kang太tai高gao，當dang所suo有you驅qu動dong器qi同tong時shi切qie換huan時shi，它ta們men的de切qie換huan電dian流liu將jiang產chan生sheng電dian壓ya，而er該gai電dian壓ya可ke在zai信xin號hao本ben身shen中zhong觀guan察cha到dao。可ke通tong過guo利li用yong去qu耦ou分fen析xi設she計ji一yi個ge出chu色se的de低di阻zu抗kangPDN來消除此問題。全麵仿真此問題以查看對信號的影響，要求能夠同時執行信號完整性分析和電源完整性分析。驅動器的SPICE模型傳統上用於執行此類分析
，但更新的IBIS模型也具有相應的基礎架構
，以包括在查找信號完整性時的PDN影響。

信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)和(he)電(dian)源(yuan)完(wan)整(zheng)性(xing)的(de)分(fen)析(xi)對(dui)於(yu)成(cheng)功(gong)的(de)高(gao)速(su)數(shu)字(zi)設(she)計(ji)來(lai)說(shuo)是(shi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)。它(ta)們(men)為(wei)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)哪(na)些(xie)設(she)計(ji)更(geng)改(gai)提(ti)供(gong)了(le)有(you)價(jia)值(zhi)的(de)見(jian)解(jie)。此(ci)外(wai)，隨(sui)著(zhe)建(jian)模(mo)方(fang)法(fa)和(he)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)的(de)改(gai)善(shan)，如(ru)果(guo)能(neng)夠(gou)同(tong)時(shi)仿(fang)真(zhen)這(zhe)兩(liang)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)，則(ze)會(hui)清(qing)楚(chu)地(di)了(le)解(jie)電(dian)路(lu)的(de)實(shi)際(ji)行(xing)為(wei)
、設計中真正存在的利潤以及它們如何實現最佳可能性能。

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