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信号完整性--系统化设计方法及案例分析

信号完整性是内嵌于PCB设计中的一项必备内容，无论高速板还是低速板或多或少都会涉及信号完整性问题。仿真或者guideline的确可以解决部分问题，但无法覆盖全部风险点，对高危风险点失去控制经常导致设计失败，保证设计成功需要系统化的设计方法。许多工程师对信号完整性知识有所了解，但干活时却无处着手。把信号完整性设计落到实处，也需要清晰的思路和一套可操作的方法。系统化设计方法是于争博士多年工程设计中摸索总结出来的一套稳健高效的方法，让设计有章可循，快速提升工程师的设计能力。

信号完整性（SI）和电源完整性（PI）知识体系中重要的知识点，以及经常导致设计失败的隐藏的风险点。围绕这些知识点，通过一个个案例逐步展开系统化设计方法的理念、思路和具体操作方法。通过一个完整的案例展示对整个单板进行系统化信号完整性设计的执行步骤和操作方法。 信号完整性测试分类时域测试频域测试；校准信号完整性分析联系方式

   一项是信号完整性测试，特别是对于高速信号，信号完整性测试尤为关键。完整性的测试手段种类繁多，有频域，也有时域的，还有一些综合性的手段，比如误码测试。不管是哪一种测试手段，都存在这样那样的局限性，它们都只是针对某些特定的场景或者应用而使用。只有选择合适测试方法，才可以更好地评估产品特性。下面是常用的一些测试方法和使用的仪器。（1）波形测试使用示波器进行波形测试，这是信号完整性测试中常用的评估方法。主要测试波形幅度、边沿和毛刺等，通过测试波形的参数，可以看出幅度、边沿时间等是否满足器件接口电平的要求，有没有存在信号毛刺等。波形测试也要遵循一些要求，比如选择合适的示波器、测试探头以及制作好测试附件，才能够得到准确的信号。校准信号完整性分析方案信号接口一致性高速信号完整性测试；

比如，在现在常见的高速串行传输链路中，几个吉赫兹（GHz）以上的信号在电路板上 的走线传输，由于本质上电路板上传输线的损耗是随着频率的升高而增大的（在后面的传输 线部分及S参数部分都会有介绍），使得高频分量的损耗大于低频分量的损耗，在接收端收 到的各个频率分量不是原来的样子，使得这些频率分量起来的数字时域信号产生畸变。 所以，在高速串行传输中，会釆用一些信号处理的方法来补偿高频分量比低频分量传输时损 耗大的问题。比如去加重（在发送时人为降低低频分量）和预加重（在发送时人为提高高频 分量）。

1、什么是信号完整性“0”、“1”码是通过电压或电流波形来传递的，尽管信息是数字的，但承载这些信息的电压或者电流波形确实模拟的，噪声、损耗、供电的不稳定等多种因素都会使电压或者电流发生畸变，如果畸变严重到一定程度，接收器就可能错误判断发送器输出的“0”、“1}码，这就是信号完整性问题。广义上讲，信号完整性（SignalIntegrity，SI）包括由于互连、电源、器件等引起的所有信号质量及延时等问题。

2、SI问题的根源：频率提高、上升时间减小、摆幅降低、互连通道不理想、供电环境恶劣、通道之间延时不一致等都可能导致信号完整性问题；但其根源主要是信号上升时间减小。注：上升时间越小，信号包含的高频成分就越多，高频分量和通道间相互作用就可能使信号产生严重的畸变。 克劳德实验室信号完整性测试软件提供项目；

典型的数字信号波形可以知道如下几点

(1)过冲包括上过冲(Overshoot_High)和下过冲(Overshoot_Low)。上过冲是信号高于信号供电电源电压Kc的最高电压，下过冲是信号低于参考地电压厶的比较低电压。过冲可能不会对功能产生影响，但是过冲过大会造成器件损坏，影响器件的可靠性。

（2） 回冲是信号在达到比较低电压或最高电压后回到厶之上（下回冲，Ringback_Low） 或心之下的电压（上回冲，Ringback_Low）。回冲会使信号的噪声容限减小，需要控制在保 证翻转门限电平的范围，否则对时钟信号回冲过大会造成判决逻辑错误，对数据或地址信号 回冲过大会使有效判决时间窗口减小，使时序紧张。通常过冲与回冲是由于信号传输路径的 阻抗不连续所引起的反射造成的。

（3） 振铃（Ringing）是信号跳变之后的振荡，同样会使信号的噪声容限减小，过大会造 成逻辑错误，而且会使信号的高频分量增加，增大EMI问题。 探索和设计信号完整性解决方案；自动化信号完整性分析市场价

信号完整性分析的传输线理论；校准信号完整性分析联系方式

当考虑信号完整性问题时，信号质量(回冲、振铃、边沿时间)会对有效高低电平时 间产生影响。

抖动(Jitter),按照ITU-T的定义，抖动指输出跃迁与其理想位置的偏差，如图1-16所 示。在考虑并行总线的时序时，过多的抖动可能浪费宝贵的时钟周期，或者导致获得错误的 数据。抖动在设计时钟脉冲发生和分发电路时起着重要作用。在考虑高速串行链路传输时， 过多的抖动会造成误码率达不到指标。抖动的来源有很多，包括电源噪声、电路板布线， 以及锁相环输入基准时钟在环路带宽内的噪声或调制、串扰、环境温度(热干扰)、电磁 辐射等。 校准信号完整性分析联系方式

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