信號完整性的基礎(chǔ)概念

信號完整性（Signal Integrity, SI）是指信號在傳輸線上的質(zhì)量。信號完整性良好的表現(xiàn)，是指傳輸線上的電平能按預(yù)期、不多不少地達(dá)到預(yù)設(shè)值。

信號完整性問題產(chǎn)生的原因是，真實世界的數(shù)字電平（0/1）并不是理想的，信號本身是個模擬量。在低速電路中，信號完整性問題并不明顯，因為互連線對于電信號來說是通暢透明的，模擬電路效應(yīng)可被忽略；但如果往高速走（超過 100Mhz 或上升沿小于 1ns），數(shù)字電平的電壓或電流波形就會開始出現(xiàn)畸變，從而導(dǎo)致接收的信息與發(fā)出的信息差別太大，出現(xiàn)錯誤。因此，在設(shè)計高速電路時，就需要考慮信號完整性問題。

廣義的信號完整性，涵蓋了這三類問題：

信號完整性（Signal Integrity, SI）：指信號波形的失真。

電源完整性（Power Integrity, PI）：指供電網(wǎng)絡(luò)的互連線，相關(guān)元件上的噪聲。

電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility, EMC）：電子設(shè)備在電磁場中能夠正常工作的能力，不會受到電磁場干擾或?qū)ζ渌O(shè)備造成電磁干擾。

信號完整性的基本原則

任何信號互連，都是由信號路徑和返回路徑構(gòu)成的傳輸線。信號在傳輸線上前進(jìn)的每一步，都會感受到瞬時阻抗。想要讓信號傳輸質(zhì)量最佳，則應(yīng)讓瞬時阻抗恒為常量，比如讓傳輸線有均勻的橫截面。

每一路信號都有返回路徑，并非僅僅是接地?？赏ㄟ^分析返回路徑去解決問題。

對于電容而言，變化較快的邊沿，會使其有很低的阻抗。此電容不僅指外部電容，也包括傳輸線上的寄生電容。

對于電感而言，只要電流大小或磁力線匝數(shù)發(fā)生突變，其兩端就會產(chǎn)生電壓，將有可能導(dǎo)致反射噪聲、串?dāng)_、開關(guān)噪聲、地彈、軌道塌陷、電磁干擾等。當(dāng)流經(jīng)接地回路電感上的電流發(fā)生突變時，在接地回路上產(chǎn)生的電壓稱為地彈，是造成開關(guān)噪聲和電磁干擾的原因。

信號帶寬指的是有效正弦波分量的最高頻率值（參照的是同頻率方波）?；ミB模型的帶寬指的是，在此最高正弦頻率上，模型仍能準(zhǔn)確預(yù)估互連的實際性能。

大多數(shù)情況下，信號完整性的公式計算出來都是定義值或近似值。

有損傳輸線引起的問題是上升沿退化。由于趨膚效應(yīng)和截止損耗，信號的損耗會隨著頻率的升高而增大。

信號完整性的基本問題

廣義的信號完整性歸根到底，可分為以下四類問題：

單一網(wǎng)絡(luò)的信號失真

反射（瞬時阻抗突變導(dǎo)致）

信號質(zhì)量問題（頻率相關(guān)損耗造成互連線中的上升沿退化）

時序錯誤（互連線電氣特性差異、或長度差異引起的多個信號之間的時延差錯位，會導(dǎo)致差分信號失真）

兩個或多個網(wǎng)絡(luò)之間的串?dāng)_（包括電源彈和地彈兩種特殊形式）

電源和地分配中的軌道塌陷（PI）

來自整個系統(tǒng)的電磁干擾和輻射（EMC）

審核編輯：黃飛