信号完整性分析：01-Signal Integrity

信号完整性的技术背景

世界集成电路的发展历史

1947年：贝尔实验室肖特莱等人发明了晶体管，这是微电子技术发展中第一个里程碑；

1950年：结型晶体管诞生；

1950年：ROhl和肖特莱发明了离子注入工艺；

1951年：场效应晶体管发明；

1956年：CSFuller发明了扩散工艺；

1958年：仙童公司RobertNoyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；

1960年：HHLoor和ECastellani发明了光刻工艺；

1962年：美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管；

1963年：F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，今天，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺；

1964年：Intel摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍；

1966年：美国RCA公司研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列（50门）；

1967年：应用材料公司（AppliedMaterials）成立，现已成为全球最大的半导体设备制造公司；

1971年：Intel推出1kb动态随机存储器（DRAM），标志着大规模集成电路出现；

1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，采用的是MOS工艺，这是一个里程碑式的发明；

1974年：RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802；

1976年：16kbDRAM和4kbSRAM问世；

1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路时代的来临；

1979年：Intel推出5MHz8088微处理器，之后，IBM基于8088推出全球第一台PC；

1981年：256kbDRAM和64kbCMOSSRAM问世；

1984年：日本宣布推出1MbDRAM和256kbSRAM；

1985年：80386微处理器问世，20MHz；

1988年：16MDRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路（ULSI）阶段；

1989年：1MbDRAM进入市场；

1989年：486微处理器推出，25MHz，1μm工艺，后来50MHz芯片采用0.8μm工艺；

1992年：64M位随机存储器问世；

1993年：66MHz奔腾处理器推出,采用0.6μｍ工艺；

1995年:PentiumPro,133MHz，采用0.6-0.35μｍ工艺；

1997年：300MHz奔腾Ⅱ问世,采用0.25μｍ工艺；

1999年：奔腾Ⅲ问世，450MHz，采用0.25μｍ工艺，后采用0.18μm工艺；

2000年:1GbRAM投放市场；

2000年：奔腾4问世，1.5GHz，采用0.18μｍ工艺；

2001年：Intel宣布2001年下半年采用0.13μｍ工艺。1.晶元Wafer代工厂2.电子封装Whatispackage?Whatdoesitusefor?封装方式的发展系统封装在消费电子领域的应用键合线互连TSV互连系统封装技术的发展3.PCB—提供封装-封装、元件-元件之间的互连StackupofPCB焊接上芯片和元件的PCB普通计算机主板背板互连（Interconnect）chippackagebackplanePCB4.Moore定律所有的芯片变得越来越快!5.信号完整性的含义从广义上讲，信号完整性是指在高速产品中由互连引起的所有问题。它主要研究当互连与数字信号的电压电流波形相互作用时，其电气特性如何影响产品的性能。HighspeedHighpowerHighintegrationLowvoltageHighdensity信号完整性问题有：所有与信号完整性噪声问题有关的效应，都与下面四类特定噪声源之一有关：SignalintegrityproblemsinSoPPowerintegrity,PISignalintegrity,SIElectromagneticinterference,EMI信号完整性问题阻碍着高速数字产品的正确运转；这些问题是由较短的上升边和较高的时钟频率直接引起；上升边将不可避免地持续变短，时钟频率也将持续提高；即使时钟频率不高，但采用低成本去制造芯片，就意味着低频的系统芯片中也会有非常短的上升边；生产设计周期更短，产品上市时间更快，必须首件成功。当前及未来的硬件电路设计面临异常严峻的问题：在过去10MHz系统时钟的年代，当互连还是透明的时候，我们没必要担心信号完整性效应。即使忽略信号完整性，也可以侥幸成功地设计出合用的产品。但在现今的产品中，忽略信号完整性会引起进度表推迟、开发费用提高甚至有可能永远无法制造出合用的产品。设计一个产品，如果从一开始就有额外的投入，往往比到后来试图修改它能有更多的利润。在产品的生命周期中，市场中的前6个月通常是最有利润的。如果你的产品上市比别人晚，那么就可能失去产品生命周期中利润很大的那部分。时间就是金钱。TIP需要一种新的产品设计方法学，以确保在产品设计周期中尽早地确定并消除产品的信号完整性问题。为了适应越来越短的设计周期时间，首件产品就必须能满足性能指标的要求。6.本课程安排1.时域和频域的概念.(2weeks)2.电阻、电容、电感的物理基础.(2weeks)3.传输线.(2weeks)4.传输线的反射.(2weeks)5.有损传输线.(2weeks)6.串扰.(2weeks)7.差分对.(2weeks)8.行业软件使用,PolarSi9000(2-Dimpedancecalculator)andhyperlinx8.0(Signalintegritysimulation).(2weeks)Referencebooks1.