航空电子产品信号完整性及信号串扰控制设计分析

吉茂林 王玮

摘要：本文主要介绍了航空电子产品的信号完整性设计中信号传输损耗控制、信号反射處理、信号串扰控制、差分互联设计，依据理论进行设计分析。

关键词：信号完整性;信号串扰控制

一、引言

航空电子产品设计过程中时常会遇到一个问题：在设计高频高速信号电路时，未考虑信号完整性问题带来的影响，导致信号质量差，装机后在复杂工作环境中不满足产品性能要求。

为了解决上述电子产品设计过程中存在的可靠性问题，开展信号完整性设计分析。目的是在PCB设计中就考虑影响信号完整性的因素，设计过程中或设计完成后利用仿真进行定性或定量分析，进而排查并优化可能存在的风险问题，以提高电路健壮性。

二、信号完整性概述

信号完整性是指信号传输过程中能够保持信号时域和频域特性的能力，即信号在电路中能以正确的时序、幅值以及相位等做出响应。信号完整性主要包括以下几个方面内容：

（1）信号沿印制板传输线传递时，由于辐射损耗、导线损耗和介质损耗，会使信号强度衰减。必要时，需对印制板传输线的衰减常数进行测定或计算。

（2）信号传输过程中，只要遇到瞬时阻抗突变，就会存在反射和失真，现象包括：振铃、边沿是否单调、过冲/下冲、边沿台阶等。

（3）串扰是两条信号线之间距离相近产生耦合，在信号线之间的互感和互容而引起的噪声，在高频、高速电路设计时，应重视信号串扰。

（4）差分互连是利用存在耦合的传输线进行信号输入输出，抵御差分串扰的鲁棒性高，且具有对抗返回路径间隙阻抗突变的能力。

三、信号串扰控制设计分析

（一）信号串扰控制注意事项

控制信号串扰应注意：

（1）如果布线空间允许，线间距宜尽量大。

（2）同层和相邻层走线不宜长距离平行。

（3）信号线间应隔离地线。

（4）信号线过孔周围应接地过孔。

（二）设计应用

DDR3数据信号线属于高速信号线，信号线间容易发生串扰，设计要求满足3W原则，当前信号线宽4.0mil，信号间距为8.0mil，如图1和图2所示。

四、结束语

传统的电路设计方法是根据要求研制产品样机，然后进行电路调试，调试过程中通过测试发现问题，然后重新设计再次加工调试，即所谓“试错”方式。这种方法开发周期长，成本很高，有时出现的问题可能需要多次改版才能解决。如今产品的研制时间和产品的成本、性能同等重要，采用传统做法效率会很低。如果在设计初期不考虑信号完整性，就很难做到一次成功。

参考文献：

[1] 《信号完整性分析 Signal Integrity：Simplified》 [美] Eric Bogatin 著，李玉山、李丽平 等译，电子工业出版社