高速数字电路设计论文

（广州海格通信集团股份有限公司广东广州510663）摘要：在高速数字电路的设计过程中，必须确保信号的完整性，因此对信号完整性进行分析和验证十分必要。下面是小编精心推荐的《高速数字电路设计论文 (精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

高速数字电路设计论文 篇1：

浅谈计算机高速数字电路设计技术及优化措施

摘 要：随着计算机技术的普及，高速数字电路设计技术在电子技術行业的应用也越来越广泛，通过科学合理的电路设计，电子元件的合理搭配，在很大程度上优化了整个电路的各项参数，提高电器的运行效率。由于计算机高速数字电路设计技术的实用性和优越性，对电子技术行业发展有着不可忽略的意义，结合笔者多年的工作经验，本文对其进行详细分析和研究。

关键词：计算机应用;电子技术;高速数字;电路设计

由于近代科学技术发展的不断深入，高新技术层出不穷，电子技术行业也得到了前所未有的改革，开始进入了一个崭新的电气时代。高速数字电路通过电子技术和计算机技术的巧妙结合，能够集成高速变化信号在电路中所产生的电感、电熔等模拟特性的电路，对整个电路的各项参数进行调整和优化，让计算机高速数字电路系统保持一个理想的运行状态。计算机高速数字电路设计的过程中，最需要注意的还是各个元器件的搭配，否则会对电路信号甚至是电路元器件的正常运行造成影响。但是，在实际的应用中，计算机高速数字电路设计技术却受到一些因素的影响，例如，信号线间距离的影响、阻抗不匹配的问题、电源平面间电阻和电感的影响等，都会对计算机高速数字电路技术的运行效率产生影响，这也是要提升计算机高速数字技术的应用效率的重中之重。作者结合自身多年工作经验，以及自身对计算机高速数字电路技术的了解，通过对计算机高速数字电路设计技术的分析，找出了主要对影响计算机高速数字电路设计技术的关键因素，同时也提出了几点改进建议，希望对提升计算机高速数字电路系统的运行效率有所帮助，进一步促进电子产品行业的快速发展。

一、影响计算机高速数字电路设计技术的关键因素

1.1 信号线间距离

计算机高速数字电路设计技术的出现，给电子设计领域带来了新的突破，对计算机电子技术的发展有着极大的作用。由于各方面原因及计算机高速数字电路设计技术自身的特点，现阶段的计算机高速数字电路设计技术在应用过程中却存在着许多问题。其中信号线间距离对计算机高速数字电路设计有着明显的影响，一般情况下，信号线间的距离会随着印刷版电路密集度的增大而变化，越来越狭小，而在这个过程中，也会导致信号之间的电磁耦合增大，这样就不会对其进行忽略处理，会引发信号间的串扰现象，而且随着时间的推移会越来越严重。

1.2 阻抗不匹配

在计算机高速数字电路设计技术应用过程中，阻抗是影响其信号传输的关键因素，由于设计的不合理，造成阻抗增大，从而影响信号的传输。在现阶段计算机高速数字电路设计的过程中经常发现信号传输位置上的阻抗不相匹配的现象，这样极易引发反射噪声，而反射噪声将会对信号造成一定的破坏，使得信号的完整性受到极大的影响。

1.3 电源平面间电阻和电感不稳定

目前计算机高速数字化电路设计技术在诸多领域都得到广泛的应用，根据实际情况，利用先进的电子技术进行设计，从而让电子设备达到更好的运行效果。现阶段计算机高速数字电路设计中，由于电源平面间存在电阻和电感，使得大量电路输出同时动作时，就会使整个电路产生较大的瞬态电流，这将会对极端级高速数字电路地线以及电源线上的电压造成极大的影响，甚至会产生波动的现象。

二、优化计算机高速数字电路技术的有效措施

2.1 优化电路信号设计，确保电路信号的完整性

为了确保计算机高速数字电路信号的完整性，要对计算机高速数字电路技术进行合理的设计，现阶段计算机高速数字电路设计技术中，由于受到阻抗不匹配的影响，对电路信号的完整性也造成一定的影响，针对这点主要分为两方面研究：一方面是对不同电路之间电路信号网的传输信号干扰情况进行研究，也就是以上所提到的反射和干扰的问题;另一方面，要对不同信号在传输的过程中，对电路信号网产生的干扰情况进行分析。计算机高速数字电路在运行的过程中，会受到阻抗不相匹配的因素而影响到电路信号的传输效率，而且，现阶段计算机高速数字电路运行的过程中，阻抗很难控制，经常会出现阻抗过大或过小的现象，都会对电路信号传播的波形产生一定的干扰，从而对计算机高速电路传输信号的完整性产生直接的影响。为了避免这类情况的发生，要对计算机高速数字电路设计技术展开研究，从正常理论来看，高速数字电路设计难以使电路与临街阻抗的状态相互符合，可以对计算机高速数字电路设计技术进行改进，保持系统处于过阻抗状态，这样就能保证计算机高速数字电路设计不会受到阻抗不等的状态而影响到计算机高速数字电路信息传输的完整性。

2.2 优化电路电源设计，减少电源系统阻抗

从理论上来看，如果高速数字电路设计中，电源系统中不存在阻抗的话是电路设计最理想的状态，这样整个信号的回路也不会存在阻抗耗损的问题，系统中的各个点的点位就会保持恒定的状态。电源是计算机高速数字电路技术的重要组成元件，通过以上的分析得知，计算机高速数字电路设计中，由于受到电源平面间电阻和电感的影响，使得电源运行过程中会出现过电压的故障，也就是电源的波形质量受到影响，严重影响到计算机高速数字电路运行的可靠性。计算机高速数字电路系统运行的过程中，就必须要考虑到电源的电阻和电感因素，而要减少电源面的电阻和电感对电源系统的影响，就必须对其采取降低的处理措施。从当今计算机高速数字电路系统电源材质的分析了解到，电路系统中大多数都是采用大面积铜质材料，如果结合电源系统要求来分析的话，这些材料远远达不到计算机高速数字电路电源的标准要求，这样在系统正常运行的过程中势必会受到一定的影响，对此，要将所有影响因素进行综合性的考虑和研究，可以采用楼电容应用到电路中，这样可以有效的避免或降低电源面电阻和电感对系统的影响，从而有效的提高计算机高速数字电路系统运行的可靠性。

三、总结

综上所述，由于现代社会信息化、科技化、电气化进程的不断加深，也不断促进电子设计行业快速发展，电子设计技术将在实践中不断创新进步，在社会经济快速发展的过程中以满足新时期的电气时代需求。通过对高速数字电路设计问题进行有效合理的解决，对高速数字电路设计技术进行完善和创新，更进一步的促进了现代化技术和电子设计行业的发展，为我们国民经济可持续发展带来了有力保障。■

参考文献

[1] 李琳琳. 高速数字电路设计中电源完整性分析[J]. 火控雷达技术. 2010(02)

[2] 潘腾鹏. 试论高速数字电路的设计[J]. 中国新通信. 2013(13)

[3] 张荣，张秋鄂，李永正. 高速数字扫描振镜驱动卡设计及研究[J]. 应用激光. 2013(05)

作者：苏江帆

高速数字电路设计论文 篇2：

高速数字电路设计中信号完整性分析与研究

(广州海格通信集团股份有限公司 广东广州 510663)

摘 要：在高速数字电路的设计过程中，必须确保信号的完整性，因此对信号完整性进行分析和验证十分必要。当下电子产品的更新换代速度极快，完整性设计的重要性也愈加突出，本文将对高速数字电路设计中的信号完整性影响因素进行分析，并在此基础上，针对其主要影响因素，提出几种信号完整性的仿真分析方法。

关键词：高速数字电路;设计;信号完整性;分析

前言：高速数字电路有一个重要的衡量指标，即时钟频率，由于时钟频率不断提升，信号完整性也在不断发生变化，在电路设计过程中，应以信号完整性为导向，在提升时钟频率的同时，做到对信号完整性的实时监测，确保电路运行安全。从影响信号完整性的主要因素着手，探讨信号完整性的分析和验证方法。

一、信号完整性的主要影响因素

(一)反射影响作用

PCB板是高速数字电路设计的关键部分，对电路稳定性和可靠性有重要影响，在PCB板设计过程中，必须处理好信号完整性问题。但是信号完整性有多种影响因素，而且对供电和时序的稳定有直接影响，因此，需要对信号完整性的主要影响因素进行深入分析。传输影响作用是信号完整性的主要影响因素之一，作为高速数字电路的基本组成部分，传输线组是电流的媒介， 信号以电流的形式在传输线组中通过，线组的阻力直接决定着电流的流畅性。因此，传输线组的阻力上升，会直接导致信号完整性下降。当传输线组上的阻力非常大时，会阻碍部分电流通过，导致另一端接受到信号时出现信号失真现象，使信号完整性遭到严重破坏[1]。

(二)串扰影响作用

串扰是信号在网络回路中传输的一种普遍效应，信号经过一个网络到达另一个网络时，有害信号总是具有较快的传输速度，再加上相邻网络传输速度的影响，信号在传输过程中，会产生一个电磁场，其作用是引导信号，在引导过程中，磁场线圈绕磁场旋转。因此，串扰是由静态线和动态线两部分组成的，其各自产生的传输阻力不同，这种差异的存在使网络中传输信号的电流强度不同。在串扰模型中，其中性点位置是绕组电压能够保持正常的主要影响因素，如果中性点位置处于模型中部，则绕组电压速率较高，信号通行能力较强。而中性点位置如果位于模型首部，则会导致电压电流无法通过，出现定子接地异常[2]。

二、信号完整性的仿真分析技术

(一)EDA技术

EDA技术即电路仿真技术，目前在数字电路设计中得到了较为广泛的应用。EDA技术以计算机为基础，通过软件设计方式和仿真测试验证，将硬件设计的操作过程和测试过程转化为软件处理过程，极大的提高了数字电路设计的自动化程度和设计效率。相比于传统设计方式，EDA技术具有许多优点，目前在高速数字电路的信号完整性验证方面也得到了广泛应用。采用EDA技术对高速数字电路完整性进行验证，可以在电路实现以前完成，避免重复设计，保证设计的合理性，提高一次性设计的成功率。

(二)反射仿真分析技术

高速数字电路是数字电子产品设计与开发的重要组成部分，对电路系统的稳定运行有至关重要的影响，而数据完整性分析则是保证高速数字电路合理设计的基础，因此在数字电子产品的设计與开发中占有重要地位。在EDA技术的支持下，可以通过模拟电路实际运行过程中的信号高低问题，为电路设计提供参考，对信号完整性加以测定。反射仿真分析技术的应用关键是建立信号完整性的分析模型，并使验证过程在PCB生产前进行，提前确定信号完整性是否符合要求，对PCB电流进行模拟，建立反射仿真模型，并利用端接技术，改变信号的完整性。这是目前反射仿真分析的主要发展方向，在该模型建立过程中，引入了IBIS模型，驱动端和接受端采用IBIS模型对电路传输信号的完整新进行验证。其中，主要运用的元件是电流阻力线。

(三)串扰仿真分析技术

串扰仿真分析技术在EDA技术的支持下，利用相邻网络的信号串扰作用，建立串扰仿真分析模型，通过模型对信号完整性进行分析和验证。在该类线路仿真设备维护中，经常会出现一个保护屏柜内存在多条传输线路的情况，而且有一部分线路不在系统运行范围内，多以要对工作线路和非工作线路加以区分，并对临近传输线进行隔离。避免传输线路在复杂的工作环境下出现误接线等状况，从而避免设备跳闸和设备误动。串扰仿真分析技术遵循PCB走线规律，对其实际运行线路的走线和与临近传输线路的作用进行信号完整性模拟验证，判断是否存在上述问题。应创新防误闭保护方式，提高设备敏感度，利用电子系统和感应系统提高设备自身的防误闭能力。针对目前使用广泛的接线端子，采用串扰仿真分析技术对其进行模拟测试，并采用防误闭隔离工具在接线端子出进行警示和保护，提高电路运行的安全性。

结束语：总而言之，信号完整性的分析验证是高速数字电路设计中的重要环节，对电路的运行效率和信号传输效果有直接影响。必须采用有效的分析验证手段，针对高速数字电路信号完整性的主要影响因素，对其进行准确验证。本文主要分析了高速数字电路信号完整性的影响因素，包括反射影响作用和串扰影响作用，并针对这些主要影响因素，提出采用EDA技术进行信号完整性分析，通过建立相关模型，在PCB板实现前对信号完整性进行准确验证，保证设计和合理性。

参考文献：

[1]苏海冰，张刚，郭帅. 高速数字电路的信号完整性与电磁兼容性设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2010，05：14-17.

[2]李雙力. 基于高速数字电路中的信号完整性分析[J]. 信息通信，2016，08：231-232.

作者简介：

钟佳宏(1984年-)，男，广东化州人，汉族，现职称：数字电路设计师，学历：本科，研究方向：电子技术。

作者：钟佳宏

高速数字电路设计论文 篇3：

关于高速数字电路信号完整性和电源完整性问题的探究

【摘要】 文章针对高速数字电路信号完整性与电源完整性问题进行了分析，希望能够为高速数字产品的研究人员提供一定的参考。

【关键词】 高速数字电路 信号完整性 电源完整性

一、前言

随着数字电路的快速发展以及电路工作频率的不断提高，高速数字电路系统越来越复杂，导致高速数字设备出现了越来越多的问题，例如信号路径或者返回路径上，由于受到阻抗突变等因素导致的失真与反射，影响了信号的完整性，解决信号完整性问题已经成为现代高速数字产品成败的关键因素之一。因此，文章针对高速数字电路信号完整性以及电源完整性问题的研究具有非常重要的现实意义。

二、高速数字电路信号完整性问题分析

1高速数字电路信号完整性的概念。信号完整性即信号的完整程度，具体来说就是信号由驱动端传输到接收端后波形的失真程度，其主要的作用是研究数字信号和互连线的电压电流波形相互作用时，其电气特性参数对产品性能的影响程度。串扰通常是由于导线之间的电磁耦合作用导致的，互感导致的耦合电压称之为感性耦合;互容导致的耦合电流称之为容性耦合，由于现代高速数字电路中存在非常密集的联想，导致走线自身和周围的轴线电磁场之间存在非常严重的耦合，如果串扰电压达到一定的数值，将会严重的影响高速数字电路信号的完整性;反射指的是当传输线的负载和特性阻抗不相配时，从驱动端发出的信号到达指定接收端后，会导致一部分信号沿着传输线反射回驱动端，导致信号波形出现畸变问题，严重的影响信号的完整性

2高速数字电路信号完整性问题的研究。文章采用信号完整性软件HyperLynx对串扰以及反射等影响信号完整性的因素进行分析，该种软件能够为高速数字电路信号完整性提供一个良好的分析环境，例如后仿真环境、前仿真环境等，能够实现从几十兆赫兹至几千赫兹电路信号的完整性，并且该种软件具有非常友好的截面，受到众多工程师的青睐。

1)串扰的仿真分析。过大的串扰会导致高速数字电路的误触发，影响信号的完整性。主要包括：(1)信号前沿的空间延伸，信号上升时间内信号速度与上升时间之间的关系表示为：RT×ν=d(公式1)，公式中，v表示信号的速度;RT表示信号的上升时间;d表示上升时间的空间延伸;(2)信号前沿的饱和长度，信号从驱动端输出后，如果耦合区域长度超过了前沿的空间延伸，会导致偶和噪声值呈现饱和状态，达到一个相对稳定的状态，因此将等于信号前言的空间延伸的偶和长度当做信号前言的饱和长度;(3)感性偶和电流，感性偶和电流的公式表示为：

(公式2)，公式中，LmL代表单位长度互感;I代表动态线上的信号电流;VL代表静态线上感性偶和噪声电压;(4)容性偶和电流，容性偶和电流的公式表示为： (公式3)，公式中V为信号电压;Cm为前沿工件延伸长度上的偶和互容;IC为从动态线流到静态线上的总的容性偶和噪声电流。2)反射的仿真分析。反射信號量通常受到瞬态阻抗的影响，反射系数ρ为反射信号和入射信号的幅值之比，假设交界面之前的瞬态阻抗表示为Z1，交界面后的瞬态阻抗表示为Z2，则，其中Vinc为入射电压，Vrefl为反射电压。同时，采用点对点拓扑的通用端接策略和仿真分析以及远端RC端接策略与仿真分析，再采用一些降低发射问题的措施，能够降低反射对信号完整性的影响。

三、高速数字电路电源完整性问题的分析

针对高速数字电路电源完整性问题的研究，需要从以下几个方面进行：(1)PDNA的组成，PND组要包括芯片内半导体电源分配网络、封装电源分配网络、PCB电源分配网络、系统外配电网络等;(2)同时开关噪声，同时开关噪声最大值的表示公式表示为： (公式4)，公式中VDD为电源电压;LP表示等效寄生电感;tr表示输入信号的上升时间;βn表示NMOS管的传导系数;n表示同时开关的单元个数;(3)采用目标阻抗法进行PDN去耦网络设计，目标阻抗的公式表示为(公式5)，公式中，P表示平均功率;ripple表示允许的电压波动;Vdd表示系统的供电电压;Ztarget表示目标阻抗，采用目标阻抗法进行PDNA去耦网络设计的步骤表示为：确定目标阻抗、进行PCB板的频率扫描、确定相应的去耦电容。采用目标阻抗发设计的PDN去耦网络，能够尽可能的降低输入阻抗，并能够准确的判断哪些频点上存在电源噪声，并采取有效的措施进行处理。

四、结束语

总而言之，近年来数字高速电路设计频率在不断的提高，随着集成电路中各种功能电能数量的增多，互连线的数量也在不断的增加，这对高速数字电路信号的完整性以及电源完整性造成了一定程度的影响。文章针对影响高速数字电路信号完整性以及电源完整性的因素，希望能够为实际设计人员提供一定的参考。

参 考 文 献

[1]王海娜.高速数字电路中信号和电源完整性分析[D].郑州大学，2010，(6).

[2]刘波.高速数字电路信号完整性与电源完整性的研究[D].西安电子科技大学，2011，(3).

作者：张文