高速电路信号完整性分析与设计—高速信号的开关噪声分析

　　近年来，随着数字系统工作的时钟频率大大提高，数字IC 规模的扩大，PCB 板元件和布线密度的急剧增加，同步开关噪声对系统的影响也越来越明显，减小和抑制同步开关噪声方法的研究也成为高速电路设计中一个非常重要的方面。本章将从同步开关噪声的产生机理，现象以及减小措施等方面来进行分析和介绍。

　　6.1 同步开关噪声的概念

　　6.1.1 SSN噪声及其影响

　　图6.1 非理想地平面

　　同步开关噪声(Simultaneous Switch Noise，简称SSN)：指当多个器件同时处于开关状态，产生瞬间变化的电流(di/dt)，在经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起的噪声，有时也被称为同步开关输出噪声(Simultaneous switching output noise，简称SSO)，或者称为ΔI 噪声。

　　如果是由于封装电感而引起地平面波动，造成芯片地和系统地不一致，这种现象我们称为地d(Ground Bounce );如果是由于封装电感引起的芯片和系统的电源差异，就称为电源d跳(Power Bounce )。当电流变化过快，从而在封装的电源和地引脚上产生较大的电压变化的时候，就会对快速的总线系统构成严重的信号完整性及电源完整性问题。

　　开关噪声给信号传输带来的影响更为显著，由于地引线和地平面存在寄生电感(见图6.1)，在开关电流的作用下，会造成一定的电压波动，也就是说器件的参考地已经不再保持零电平。在驱动端(见图6.2)，本来要发送的低电平会因此出现相应的噪声波形，而对于开关信号波形来说，会因为地d噪声的影响导致信号的下降沿变缓;在接收端(见图6.3)，信号的波形同样会受到地d噪声的干扰，不过这时的干扰波形和地d噪声相位相反;另外，在一些存储性器件里，还有可能因为本身电源和地d噪声的影响造成数据意外翻转(图6.4)。如果耦合在一个选通或者时钟输入信号的噪声电压超过了阈值电压的时候，就会导致误触发的现象。SSN 还会导致信号失真，从而产生门延迟。