分析儀器中單板信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)成分的鑒別和測(cè)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(xué)、微加工技術(shù)、信息技術(shù)、新型材料和計(jì)算機(jī)科學(xué)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(jiǎn)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(shè)計(jì)必然要面對(duì)的問題：信號(hào)完整性(Signal I

2、ntegrity，簡(jiǎn)稱SI)問題。
　　 信號(hào)完整性是指單板中傳輸線上的信號(hào)質(zhì)量，典型的信號(hào)完整性問題包括反射、串?dāng)_、振鈴、同步開關(guān)噪聲等。一個(gè)高速互連系統(tǒng)中，芯片封裝、信號(hào)互連線、過孔、焊盤等引起的傳輸線效應(yīng)和介質(zhì)材料對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響已經(jīng)成為高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)不能忽略的因素。本課題從信號(hào)完整性仿真分析和PCB設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，研究如何解決分析儀器單板中的信號(hào)質(zhì)量問題，并結(jié)合分析儀器中一塊典型的高速信號(hào)采集板進(jìn)行實(shí)例仿真和PCB設(shè)

3、計(jì)說明，闡明了高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)對(duì)分析儀器單板設(shè)計(jì)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(hào)完整性問題，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出一些常用的PCB設(shè)計(jì)規(guī)則。其次，以分析儀器中一塊典型的高速信號(hào)采集板為例，應(yīng)用SI仿真軟件SpecctraQuest和PI仿真軟件Ansoft Siwave進(jìn)行布局布線前仿真與PCB設(shè)計(jì)：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(guān)鍵IC芯片的放置位置；仿真關(guān)鍵信號(hào)線的反射

4、和串?dāng)_問題，提出解決該問題的方法；分析系統(tǒng)時(shí)序，確定數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)序約束條件；總結(jié)符合分析儀器本身信號(hào)特點(diǎn)的PCB設(shè)計(jì)規(guī)則。最后，對(duì)布局布線完成后的高速信號(hào)采集板進(jìn)行后仿真驗(yàn)證和設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保由于反射、串?dāng)_引起的信號(hào)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(shè)計(jì)要求。
　　 本文提出的基于信號(hào)完整性仿真的分析儀器單板信號(hào)質(zhì)量解決方案，可以在設(shè)計(jì)階段解決所有可能遇見的信號(hào)完整性問題，保證PCB板上的信號(hào)質(zhì)量滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，大大