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信号完整性问题及解决方法

信号完整性问题的产生原因，影响信号完整性的各种因素，以及各因素之间的互相作用，辨识潜在风险点。信号完整性设计中5类典型问题的处理方法辨析。初步认识系统化设计方法。对信号完整性问题形成宏观上的认识。

什么是信号完整性？

一些常见的影响信号质量的因素。

信号完整性设计中5类典型问题。

正确对待仿真与设计。

信号传播、返回电流、参考平面合理选择参考平面、控制耦合、规划控制返回电流，是信号完整性设计的一项基本但非常重要能力。信号传播方式是理解各种信号完整性现象的基础，没有这个基础一切无从谈起。返回电流是很多问题的来源。参考平面是安排布线层、制定层叠结构的依据。耦合问题导致PCB设计中可能产生很多隐藏的雷区。本部分用直观的方式详细讲解这些内容。通过案例展示如果处理不当可能产生的问题，以及如何在系统化设计方法中应用这些知识。 信号完整性分析近端串扰与远端串扰问题?测试服务信号完整性分析配件

PCB的信号完整性问题主要包括信号反射、串扰、信号延迟和时序错误。

1、反射信号在传输线上传输时，当高速PCB上传输线的特征阻抗与信号的源端阻抗或负载阻抗不匹配时，信号会发生反射，使信号波形出现过冲、下冲和由此导致的振铃现象。过冲（Overshoot）是指信号跳变的个峰值（或谷值），它是在电源电平之上或参考地电平之下的额外电压效应；下冲（Undershoot）是指信号跳变的下一个谷值（或峰值）。过大的过冲电压经常长期性地冲击会造成器件的损坏，下冲会降低噪声容限，振铃增加了信号稳定所需要的时间，从而影响到系统时序。

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什么是信号完整性

信号完整性(Signal Integrity)可以泛指信号电压、电流在互连结构传输过程中的信号质 量问题，包括噪声、干扰及由其造成的时序影响等。

什么时候需要考虑信号完整性问题呢？

一般来说，传统的电路学理论适用于信号互连的电路尺寸远小于传输信号中设计者所关 心的比较高频率所对应波长的电路结构分析。此时，信号的互连等效于一阶电路元件，被称为 集总元件(Lumped Elements):反之，当信号互连的电路尺寸接近传输信号中设计者所关心 的比较高频率所对应的波长时，由于互连路径上不同位置的电压或电流的大小与相位均可能不 同，信号的互连等效于多阶电路元件，因而被称为分布式元件(Distributed Elements)。在数 字世界中，边沿速率几乎完全决定了信号中的比较大的频率成分，通常从工程经验认为当信号 边沿时间小于4〜6倍的互连传输时延时，信号互连路径会被当作分布参数模型处理，并需要 考虑信号完整性的行为。

实世界里的数字信号并不只是0或1的表现，一定会存在从0到1或从1到0的跳变 过程。

3、信号完整性的设计方法（步骤）掌握信号完整性问题的相关知识；系统设计阶段采用规避信号完整性风险的设计方案，搭建稳健的系统框架；对目标电路板上的信号进行分类，识别潜在的SI风险，确定SI设计的总体原则；在原理图阶段，按照一定的方法对部分问题提前进行SI设计；PCB布线阶段使用仿真工具量化信号的各项性能指标，制定详细SI设计规则；PCB布线结束后使用仿真工具验证信号电源等网络的各项性能指标，并适当修改。

4、设计难点信号质量的各项特征：幅度、噪声、边沿、延时等。SI设计的任务就是识别影响这些特征的因素。难点1：影响信号质量的因素非常多，这些因素有时相互依赖、相互影响、交叉在一起，抑制了某一因素可能会导致其他方面因素的恶化，所有需要对各因素反复权衡，做出系统化的综合考虑；难点2：有些影响信号传输的因素是可控的，而有些是不可控的。 信号完整性测试有波形测试、眼图测试、抖动测试；

1、设计前的准备工作在设计开始之前，必须先行思考并确定设计策略，这样才能指导诸如元器件的选择、工艺选择和电路板生产成本控制等工作。就SI而言，要预先进行调研以形成规划或者设计准则，从而确保设计结果不出现明显的SI问题、串扰或者时序问题。（微信：EDA设计智汇馆）

2、电路板的层叠某些项目组对PCB层数的确定有很大的自，而另外一些项目组却没有这种自，因此，了解你所处的位置很重要。其它的重要问题包括：预期的制造公差是多少？在电路板上预期的绝缘常数是多少？线宽和间距的允许误差是多少？接地层和信号层的厚度和间距的允许误差是多少？所有这些信息可以在预布线阶段使用。 探索和设计信号完整性解决方案；自动化信号完整性分析调试

常见的信号完整性测试常用的三种测试；测试服务信号完整性分析配件

振铃通常是由于信号传输路径过长并且阻抗不连续所引起的多次反射造成的，或者是由 于信号之间的干扰（串扰）、信号跳变所引起的电源/地波动（同步开关噪声）造成的。

（4）边沿单调性（Monotonicity）指信号上升或下降沿的回沟。对于边沿判决的时钟信号， 波形边沿在翻转门限电平处的非单调可能造成逻辑判断错误。

边沿单调性通常是由于信号传输路径过长并且阻抗不连续所引起的反射、多负载的反射 或者驱动输出阻抗较大（驱动过小）所导致的接收信号过缓等引起的。 测试服务信号完整性分析配件