Samtec虎家大咖说 | 浅谈信号完整性以及电源完整性

前言

在这一期的Samtec虎家大咖说节目中，Samtec信号完整性（SI）和电源完整性（PI）专家Scott McMorrow、Rich Mellitz和Istvan Novak回答了观众的提问。与会者提出了关于信号完整性和电源完整性设计的问题，这些问题反映了一些新兴的工程挑战。Scott、Rich和Istvan在回答中强调了严格分析、细节工具表征以及深入理解基本原理的重要性。

照例，我们截取了部分讨论的重点内容。一如既往，分享给大家，希望抛砖引玉，带来一些不一样的思考。

让我们以一问一答，开启本次技术分享~

SI和PI设计的推荐裕量是多少？

SI/PI设计所需的裕量在很大程度上取决于具体的项目要求和积累的经验。

虽然实验设计（DOE）可用于分析测量参数与产品质量和良率的关系，但必须考虑关于可接受缺陷率的业务决策。一些工程师依靠直觉或大量测量活动来理解这些关系。最终，确定必要的裕量是分析、经验和业务目标的复杂相互作用。

垂直功率传输何时比水平传输更有优势？

尽管垂直功率传输对大电流设计有优势，但其广泛应用取决于支撑基础设施和组件的可用性。随着设计中的电流需求达到数百安培级别，预计会有一个渐进的过渡。垂直放置的标准化封装尺寸和技术成熟度等因素也在决定平衡点方面发挥作用。目前，它实际上仍处于实验阶段。

增材制造如何用于信号完整性设计，其局限性是什么？

目前，SI设计中的增材制造主要用于创建互连、替代连接器和制造小批量PCB原型。然而，3D打印组件的材料特性给高速、低损耗互连带来了挑战。导电性、尺寸精度、可重复性和表面粗糙度仍然是信号路径中高频性能的重大问题。

不过，屏蔽方面确实存在机会。从长远来看，可打印材料和工艺控制的进步可能会扩大增材制造在SI设计中的适用性。它有很大的潜力，但一旦解决了性能问题，批量生产的挑战可能仍然存在。

模拟SI/PI的挑战是什么，如何确保准确性？

准确模拟需要仔细考虑各种因素，包括模型准确性、计算资源和现代系统的复杂性。由于难以同时测量系统的各个方面，模拟变得至关重要。

然而，必须根据已知基准和物理测量对模拟器进行表征，以了解其误差范围和局限性—— 这一点再怎么强调也不为过。这种表征过程有助于避免不准确的结果，并确保模拟准确反映系统的实际行为。

为什么没有PI的正式规范和标准？

建立电源完整性的正式标准具有挑战性，因为很难对电源分配网络进行局部化分析。与可以隔离信号的信号完整性不同，电源分配会影响整个系统。此外，硅和封装设计信息（这对准确的电源完整性分析至关重要）通常是专有的，制造商不易共享。

电源分配网络缺乏标准化，使得难以定义普遍适用的测试点或合规标准。

在BGA封装中，将电源焊球放置在差分对信号焊球旁边会有什么后果？

将电源焊球直接放置在差分对信号焊球旁边会对信号完整性产生负面影响。这种配置会破坏信号的局部返回路径，导致耦合到电源传输网络中。这可能会引入噪声并降低信号性能。

如果必须这样做，请确保对称放置，并使用地来传输瞬时返回电流。理想情况下，接地焊球应围绕差分对，以实现最佳信号完整性。

专注高速串行链路的SI设计人员，优先关注设计的哪些关键方面？

从事高速串行链路设计的新晋SI设计人员应优先了解过孔的设计和特性。掌握过孔特性、间距、阻抗控制和板内能量抑制对于高速设计至关重要。当在靠近射频或电源电路的地方设计以及处理 EMC/EMI 时，这一点变得更加重要，但所有的局部化工作都将帮助您了解那里发生了什么。

鉴于集成电路处理的现代信号处理的复杂性，专注于过孔优化和最小化信号失真成为关键专业领域。“远离嘈杂的开关，”Rich Mellitz 说。

在PCB边缘附近布线DDR信号有什么影响？

在PCB边缘附近布线DDR信号可能会由于反射和串扰而增加信号完整性问题的风险。电路板的拐角和边缘充当电源和接地平面的不连续点，导致信号反射。在这些边缘附近放置过孔会加剧问题。

此外，边缘附近接地过孔的密度降低，限制了信号的返回路径，增加了串扰的可能性。

底线：将过孔远离边缘和拐角，以避免串扰（因为这是我们返回路径接地较少的区域）。