信号完整性设计部门的职能、设置和管理

信号完整性问题常使产品无法满足市场需求，因而对信号完整性部门(SID)的需求应运而生，对中国工程师来说，了解这个新概念并加以实施，有助于提升产品设计的品质，同时也符合产品上市时间和成本目标的要求。

Lee Ritchey
Speeding Edge公司创始人

Lynne Green
信号完整性工程师
PADS Software公司

任何新功能部门的设立都要面临各方面的挑战，首先必须确定技术要求，然后评估成本和收益，最后制订部门章程、招聘和人才培训计画。本文将指导设计管理人员了解如何设立一个信号完整性设计部门。

设立新部门的好处

将信号完整性和EMC分析作为设计流程的一部分好处很多。对于设计部门，最显着的好处是缩短了原型机测试和重新设计所花费的时间，使设计团队能迅速转入下一个设计项目。对于产品计画部门，由于减少了原型机改动的次数，最大的好处在于提高设计周期的预见性并缩短了产品上市时间。

根据所使用的信号完整性模拟工具的情况，信号完整性问题导致原型机改动的次数可少到两次，或多达十次。在设计过程中，使用适当的模拟工具可减少原型机重复设计的次数及相关的重新设计和测试时间，因而可降低产品的开发成本并缩短产品的上市时间。

排板前后进行信号完整性分析，有助于每个产品的故障检测，并查找反映产品性能变化的参数，包括传输延时、增益和零配件的其它特性，还有板层叠厚度和介电常数等常量的变化。

藉由在整个设计过程中进行信号完整性分析，设计工程师可在几分钟的时间内进行“什么-如果”分析来优化零配件选择和设计折衷，同时，他们能得出确保信号完整性的排板规则。排板后模拟可用来检测可能造成电路板失效的问题。在模拟过程中发现问题的成本，比制造出原型机后再去发现问题所花费的时间和成本要少得多。

图1所示为信号完整性和EMC分析的标准设计流程，在设计每次藉由一个重要的检查点时，“故障定位”的成本将成10倍地增加，所以，在设计阶段做简单的故障定位可降低原型机制造的成本。 

信号完整性设计部门的启动

在设计流程中，增加信号完整性和EMC分析的好处并非言过其实，因为在市场竞争中，加快产品上市时间与满足耐热或包装的要求同样重要。

信号完整性部门设置的第一步：收整合本资讯，例如，哪些产品的原型机因信号完整性或EMC问题而失败？每个产品要进行多少次原型机设计？测试和重新设计原型机的成本是多少？如何减少原型机设计次数来缩短产品上市时间？

第二步：评估信号完整性和EMC分析软体。软体必须满足设计工程师的应用需求；由于设计工程师通常按项目来使用设计工具，因而软体必须易于学习和使用；软体需要整合到设计工程师的设计和排板环境中，因而该工具必须与公司现有的排板软体协同工作。其次，供应商应提供完整的文件和及时的技术支持，以方便软体的维护。最后，与制造原型机相比，软体成本要低。

在设计流程中增加信号完整性和EMC分析软体的其它好处在于，当设计工程师获得更快和更复杂板的专有技术时，他们可改进自己的设计技能，这使公司可以规划更先进的设计和产品。由于设计工程师和排板工程师减少了设计时间，从而有更多的时间投入到新项目设计之中，进而获得更高的工作满意度。

软体选择标准

所选软体应该反映出目前和将来产品的设计要求，例如，如果限制交调是设计要求的一部分，则交调分析能力必须成为模拟套装软体的一个组成部分。

易用性要针对目标用户进行评估，软体应用指导员容易使用的软体，对普通的数位电路板设计工程师来说可能并非容易使用，由于某些分析套装软体需要较长的设置和模拟时间(特别是对较大的电路板)，因而对一些常见的分析问题，应该评估软体处理问题所需要的时间。软体还应该包括检查板上每个节点的批处理模式，它可显着地减少设计工程师的设置时间。

在此，软体成本相对来说不太重要，因为原型机设计失败时，不满足设计需要的模拟软体工具只会增加原型机、测试和重新设计的成本，软体成本要分摊到反复制造原型机和耽误产品上市造成的损失之中，因此，为设计工程师多配几套软体模拟工具可能比只配备单一的一种工具要好。

新设计流程

软体评估完成并购买套装软体之后，必须逐步修改设计方法。典型情况下要选择一个设计进行软体示范。理想情况下，所订购的产品应该具备制造多种原型机的能力，并具备消除信号完整性问题的能力。

将信号完整性模拟引入到设计流程中需要预先周密地计画，要对设计工程师实施信号完整性设计和EMC模拟的设计方法培训以及软体培训。 

在新的设计流程中，如果所选的软体和设计方法运作正常，设计工程师就应该具备鉴别并解决大多数普通讯号完整性问题的能力，此时，设计专家不应该花费太多时间来解决普通设计问题，而应该将工作重点放在设计故障诊断中真正困难的设计问题。工程中的反馈要及时整理成文，以便优化资源配置。

当成功地节省了设计时间和产品成本，还要继续对所采用的设计方法进行微调，以便提高其在产品设计中的适应性，此时，信号完整性部门就可以正式承接设计任务。

信号完整性部门的管理

信号完整性部门的组成人员可少至一个人，多到70个人，内部还可以分为若干设计部门。在信号完整性部门中，三个职位特别关键：软体工具应用指导员、库文件管理员和设计顾问。

软体应用指导员是日常事务管理人员，负责信号完整性工具的维护、工具到设计方法的整合和新用户的培训。软体应用指导员必须熟悉设计和排板过程中使用的所有工具，必须是模拟软体使用的专家。

库文件管理员负责维护模拟软体中所有的库文件，尤其必须与供应商协调取得公司所有集体电路用的IBIS库。当设计部门较小时，软体应用指导员要承担该职责。 

对于使用简易的模拟工具包，信号完整性设计工程师可以担任软体应用指导员和库文件管理员的职责。对于较为复杂的工具，软体应用指导员必须至少用一个星期时间来设置分析软体，并在模拟套装软体专家的支持下进行。在大型设计公司中，可能购买了许多专用模拟套装软体，则每个模拟套装软体要配备一个软体应用指导员和一个库文件管理员。

设计顾问是信号完整性部门很重要的职位。一旦分析发现信号完整性问题，设计顾问要与设计工程师共同探讨解决方案。设计顾问必须有高速数位信号设计的经验，通常要有宽带模拟、射频或微波PCB设计的背景。因为对信号完整性和EMC的理解需要强大的工程设计和物理背景，因而传统数位信号设计工程师几乎很少能成为信号完整性设计顾问。

实例和总结

在图2和图3所示的信号完整性分析中，设计工程师可以检查布线选择、比较菊花链(图2)和星型布线(图3)，因为所有的模拟可在一、两个小时完成，设计工程师有时间进行详细的重复设计，这远比对原型机做故障诊断并重新设计的效率更高。

由此可见，信号完整性和EMC模拟方法能为整个设计团队和管理层减少设计时间和降低成本，进而为提高设计品质和加快产品上市时间作出贡献，最终实现公司的利润目标。

作者简介：

Lee Ritchey是Speeding Edge公司的创始人，同时还是PCB设计协会的成员，在各种高速信号设计出版物上发表过许多文章。

Lynne Green博士是PADS Software公司HyperLynx部门的信号完整性工程师和产品市场工程师，他从事电路设计达20年之久。