分析儀器中單板信號質(zhì)量解決方案的研究.pdf

1、分析儀器是儀器儀表中重要的組成部分，實現(xiàn)對物質(zhì)成分的鑒別和測定，主要分為光譜、色譜、質(zhì)譜等三大類產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代微電子學、微加工技術(shù)、信息技術(shù)、新型材料和計算機科學等高新技術(shù)的發(fā)展，分析儀器向著模塊化、微型化、智能化的方向發(fā)展，迫使芯片的體積越來越小，印刷電路板(Printed Circuit Board，簡稱PCB)的密度越來越高，系統(tǒng)的工作頻率越來越快，使得分析儀器也面臨著所有高速數(shù)字設計必然要面對的問題：信號完整性(Signal I

2、ntegrity，簡稱SI)問題。
　　 信號完整性是指單板中傳輸線上的信號質(zhì)量，典型的信號完整性問題包括反射、串擾、振鈴、同步開關噪聲等。一個高速互連系統(tǒng)中，芯片封裝、信號互連線、過孔、焊盤等引起的傳輸線效應和介質(zhì)材料對信號質(zhì)量的影響已經(jīng)成為高速數(shù)字電路設計不能忽略的因素。本課題從信號完整性仿真分析和PCB設計兩個方面入手，研究如何解決分析儀器單板中的信號質(zhì)量問題，并結(jié)合分析儀器中一塊典型的高速信號采集板進行實例仿真和PCB設

3、計說明，闡明了高速數(shù)字電路設計對分析儀器單板設計的重要性。
　　 本文的主要內(nèi)容包括：首先，深入分析傳輸線理論和典型的信號完整性問題，結(jié)合實際設計經(jīng)驗總結(jié)出一些常用的PCB設計規(guī)則。其次，以分析儀器中一塊典型的高速信號采集板為例，應用SI仿真軟件SpecctraQuest和PI仿真軟件Ansoft Siwave進行布局布線前仿真與PCB設計：仿真固定結(jié)構(gòu)的電源平面和地平面的諧振模式確定關鍵IC芯片的放置位置；仿真關鍵信號線的反射

4、和串擾問題，提出解決該問題的方法；分析系統(tǒng)時序，確定數(shù)據(jù)信號的時序約束條件；總結(jié)符合分析儀器本身信號特點的PCB設計規(guī)則。最后，對布局布線完成后的高速信號采集板進行后仿真驗證和設計優(yōu)化，確保由于反射、串擾引起的信號噪聲和電源平面不連續(xù)引起的電源噪聲滿足系統(tǒng)的設計要求。
　　 本文提出的基于信號完整性仿真的分析儀器單板信號質(zhì)量解決方案，可以在設計階段解決所有可能遇見的信號完整性問題，保證PCB板上的信號質(zhì)量滿足系統(tǒng)設計的要求，大大