导言：信号完整性和电源完整性是两种不同但范畴相关的剖析，触及数字电路正确操作。在信号完整性中，要点是保证传输的1在接纳器中看起来就像 1(对0相同如此)。在电源完整性中，要点是保证为驱动器和接纳器供给满意的电流以发送和接纳1和0。因而，电源完整性或许会被认为是信号完整性的一个组成部分。实践上，它们都是关于数字电路正确模仿操作的剖析。
信号完整性(SI)和电源完整性(PI)是两种不同但范畴相关的剖析，触及数字电路正确操作。在信号完整性中，要点是保证传输的1在接纳器中看起来就像 1(对0相同如此)。在电源完整性中，要点是保证为驱动器和接纳器供给满意的电流以发送和接纳1和0。因而，电源完整性或许会被认为是信号完整性的一个组成部分。实践上，它们都是关于数字电路正确模仿操作的剖析。
剖析的必要性
假如核算资源是无限的，这些不同类型的剖析或许不存在。整个电路将会被剖析一次，而电路某一部分中的问题将会被辨认并消除。但除了受实践上可仿真哪些事物的实践捆绑之外，具有不同范畴剖析的长处在于，可成组处理特定问题，而无需归类为“或许犯错的任何事物”。在信号完整性中，例如，要点是从发射器到接纳器的链路。可仅为发射器和接纳器以及中心的全部事物创立模型。这使得仿真信号完整性变得恰当简略。另一方面，要仿真电源完整性或许有点困难，因为“鸿沟”有点不太清晰，且实践上对信号完整性范畴中的项目具有必定的依赖性。
在信号完整性中，方针是消除关于信号质量、串扰和守时的问题。一切这些类型的剖析都需求相同类型的模型。它们包含驱动器和接纳器、芯片封装及电路板互连(由走线及过孔、分立器材和/或衔接器组成)的模型。驱动器和接纳器模型包含关于缓冲器阻抗、翻转率和电压摆幅的信息。一般，IBIS 或 SPICE 模型用作缓冲器模型。这些模型与互连模型结合运用来运转仿真，然后确认接纳器中的信号状况。
互连将首要包含行为类似于传输线的电路板走线。此类传输线具有阻抗、推迟和损耗特性。它们的特性决议了所衔接的驱动器和接纳器与互相进行交互的办法。互连的电磁特性有必要运用某种类型的场求解器进行求解，该场求解器经过可与信号完整性仿真器结合运用的电路元件或 S 参数模型来描绘其特征。大多数走线均可建模为一个均匀的二维横截面。该横截面足以核算走线的阻抗特性。阻抗将会影响信号线上接纳器中的波形形状。最根本的信号完整性剖析包含设置电路板叠层(包含恰当的介电层厚度)，以及查找正确的走线宽度，以完成必定的走线方针阻抗。
与过孔比较，对走线进行建模会相对比较简略。当对较快的信号进行信号完整性剖析时，恰当的过孔建模就变得十分重要。一般，千兆位信号需求经过三维场求解器对模型特征进行恰当地描绘。走运的是，这些信号往往是不同的，这使它们的影响相对部分化。穿过过孔的快速、单端信号与配电网络(PDN)进行强有力地交互。从这些过孔回来的电流穿过邻近的缝合孔、缝合电容器和/或平面临(组成PDN且需求建模以进行电源完整性剖析的相同元器材)。
图1：在走线横截面、信号过孔和 PDN 上的能量传达。
在电源完整性剖析中，较高频率的能量散布在整个传输平面上。这立即便此剖析比根本信号完整性更杂乱，因为能量将沿x和y方向移动，而不是仅沿传输线一个方向移动。在直流中，建模需求核算走线的串联电阻、平面形状和过孔相对较为简略。可是关于高频率，剖析PDN的不同方位上电源与地上之间的阻抗需求杂乱的核算。阻抗将依据电路板的方位(电容器的放置方位、装置办法、类型及电容值)而异。高频行为(如装置电感和平面分散电感)需求包含在建模中，以便生成准确的去耦剖析成果。存在简略版别的去耦剖析(一般称为集总剖析)，在此剖析中，会将PDN视为一个节点来核算其阻抗。这一般是可一次性成功的有用而快速的开始剖析，可保证有满意的电容器且它们具有正确的值。然后，运转散布式去耦剖析可保证在电路板的不同方位满意PDN的一切阻抗需求。
信号完整性仿真
信号完整性仿真要点剖析有关高速信号的3个首要问题：信号质量、串扰和时序。关于信号质量，方针是获取具有清晰的边际，且没有过度过冲和下冲的信号。一般，可以经过增加某种类型的端接以使驱动器的阻抗与传输线的阻抗相匹配来处理这些问题。关于多点分支总线，并非总能匹配阻抗，因而，需求将端接和拓扑的长度改变相结合来操控反射，使得它们不会对信号质量和时序发生晦气影响。
图2：运用信号完整性剖析和规划空间探究消除信号质量和串扰问题。
可以运转这些相同的仿真，以确认信号经过电路板时的传输时刻。电路板时序是体系时序的一个重要组成部分，并受线路长度、其在经过电路板时的传达速度以及接纳器中波形形状的影响。因为波形的形状确认了接纳的信号穿越逻辑阈值的时刻，因而，它关于时序来说是十分重要的。这些仿真一般会驱动走线长度束缚的改变。
一般运转的另一个信号完整性仿真是串扰。这触及多条彼此耦合的传输线。跟着走线挤进密布的电路板规划，了解它们正在彼此耦合多少能量关于消除因串扰发生的过错是十分重要的。这些仿真将推进走线之间的最小距离要求。
电源完整性仿真
在电源完整性剖析中，首要仿真类型有直流压降剖析、去耦剖析和噪声剖析。直流压降剖析包含对PCB上杂乱走线和平面形状的剖析，可用于确认因为铜的电阻将丢失多少电压。此外，还可以运用直流压降剖析来确认高电流密度区域。实践上，可以运用热仿真器对它们进行协同仿真，以检查热效应。走运的是，针对直流压降问题的处理方案十分简略：增加更多的金属。这些额定金属或许会选用更宽和/或更厚的走线和平面形状、额定平面或额定过孔。
图3：显现PI/热协同仿真中“热门”的电流密度和温度图。
上面扼要评论的去耦剖析旨在确认和最大极限削减电路板不同IC方位上电源与地上之间的阻抗。去耦剖析一般会驱动PDN中所用电容器的值、类型和数量的改变。因而，它需求包含寄生电感和电阻的电容器模型。它还会驱动电容器装置办法的改变和/或电路板叠层的改变，以满意低阻抗要求。
噪声剖析的类型或许会有所不同。它们可以包含环绕电路板传达的、来自IC电源管脚中的噪声，可经过去耦电容器对其进行操控。经过噪声剖析，可以查询噪声怎么从一个过孔耦合到另一个过孔，可以对同步开关噪声进行剖析。在许多状况下，这种噪声是由信号切换(从1到0及从0到1)引起的，因而它与信号完整性密切相关。但在一切状况下，这些电源完整性剖析的最终方针是驱动PDN的改变：电源/地上平面临、走线、电容器和过孔。
表 1. 信号完整性和电源完整性之间的差异
PDN不只充任为IC供给电流的手法，还用作信号的回来电流途径。信号完整性与电源完整性之间的很多穿插发生在过孔中。关于穿过过孔的单端信号来说，PDN充任该信号的回来电流途径。邻近的过孔或%&&&&&%器为回来电流供给途径，以使其从一个平面移至下一个平面。因而，PDN实践上决议了该单端过孔的阻抗和推迟特性，而且关于更快的单端信号(如DDR3和DDR4)的准确建模来说是至关重要的。运用这一相同的SI/PI组合过孔模型，可以剖析从一个过孔到下一个过孔的耦合，以及信号经过过孔到PDN的耦合。
相同地，PDN关于最大极限削减或许由多个信号切换(一般称为SSN)一起引起的噪声来说是至关重要的。假如在IC电源管脚中的PDN阻抗太高，当一切驱动器一起切换时，它们的切换电流将发生电压，而该电压可在信号自身中观察到。可经过利用去耦剖析规划一个超卓的低阻抗PDN来消除此问题。全面仿真此问题以检查对信号的影响，要求可以一起履行信号完整性剖析和电源完整性剖析。驱动器的SP%&&&&&%E模型传统上用于履行此类剖析，但更新的IBIS模型也具有相应的根底架构，以包含在查找信号完整性时的PDN影响。
信号完整性和电源完整性的剖析关于成功的高速数字规划来说是至关重要的。它们为需求进行哪些规划更改供给了有价值的见地。此外，跟着建模办法和核算才能的改进，假如可以一起仿真这两种类型的完整性，则会清楚地了解电路的实践行为、规划中真实存在的赢利以及它们怎么完成最佳或许功能。
作者简介
Patrick Carrier在信号及电源完整性范畴具有超越12年的经历。他曾在Dell担任了5年的信号完整性工程师，之后于2005年9月参加Mentor，成为一名高速PCB剖析东西的技能营销工程师。
