#有奖活动# #申请原创# #技术资源# 信号完整性（Signal integrity SI）
高速信号定义：时钟频率超过100MHz或上升沿小于1ns的信号；
六种信号完整性/电源完整性/电磁兼容问题类型：
1、 单一网络的信号失真；
2、 两个或多个网络之间的串扰；
3、 作为串扰特殊形式的地弹和电源弹；
4、 电源和地分配中的轨道塌陷；
5、 频率相关损耗引起的上升边退化；
6、 整个系统的电磁干扰和辐射。
我将从上边六种类型分别进行介绍。
一、 单一网络的信号失真
单一网络的信号完整性包括三个方面
1、第一个方面：反射
产生原因：信号遇到的瞬时阻抗发生变化，它与信号路径的返回路径的物理特性有很大关系。
引起阻抗变化的所有特征称为突变，主要来自一下几点：
（1） 互连线末端
（2） 线宽变化
（3） 层转换
（4） 返回路径平面上的间隙
（5） 接插件
（6） 路由拓扑的改变，如分支线、T形线、桩线
减小阻抗突变问题的方法：让整个网络中的信号所感受到的阻抗保持不变。
（1） 使线条阻抗为常量，如使用均匀的传输线
（2） 控制末端反射，如采用电阻器端接匹配电阻策略控制反射
（3） 布线规划，沿线拓扑的阻抗值维持恒定，最小化直线长度
（4） 设计不均匀的传输线结构，减轻线的不连续性
2、第二个方面：导线和介质中与频率相关的损耗
现象：信号在传播中上升边沿被拉长
产生的后果：符号间干扰（ISI）这种情况通常发生在数据率大于等于1Gbps的串行链路中。
3、第三个方面：时序问题
两个或多个信号路径之间的时延差称为错位；若时钟线和信号线之间存在超出预期的错位时，将导致误触发或逻辑错误。
由于错位是一个时序问题，多数是由于互连线的电气特性引起的。互连线的总长度对其印象最大，其次，每个信号感受到的局部介电常数也对时延有影响。
二、 串扰
串扰产生的原因主要是网络间的容性耦合和感性耦合，也通常描述为攻击网络到受害网络的边缘电磁场作用。
发生串扰的情况有两种：
1、 互连线为均匀传输线；
2、 互连线为非均匀传输线，如接插件和封装处。
在可控阻抗传输线上，线条有很宽的均匀返回路径，其容性耦合和感性耦合程度上大致相当，这两种效应在信号线的叠加方式分为近端串扰和远端串扰。
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当感性耦合处于主导地位，通常把这种串扰称为“开关噪声、△I噪声、地弹”，其多发生在接插件、封装、过孔处。
减小串扰的方法：
（1） 减小耦合，如加大线距；
（2） 使用介电常数较小的材料；
（3） 使互连线尽可能端。
三、 轨道塌陷噪声
产生原因：当通过电源路径和地路径的电流发生变化，在电源路径和地路径之间的阻抗会产生一个压降；此时，若电源分配网络中存在电抗元件，并发生并联谐振时，电源开关电流会导致电源轨道上出现更高的电压尖峰。
带来的后果，电源轨道上的电压变化可能会导致信号线上的电压噪声，进而造成误触发，误码和抖动加大。
解决办法：
（1） 相邻电源和地分配层平面的介质尽可能薄，使得它们紧密贴近；
（2） 加装多个低电感去耦电容；
（3） 封装时安装多个很短的电源和地引脚；
（4） 使用低阻抗稳压模块；
四、 电磁干扰
在较高频率时，共模电流的辐射远场强度随着频率线性增加；差分电流则随频率的平方成正比增加。因此现在随着时钟频率的提高，辐射问题也越来越难解决。
电磁干扰问题包括三方面：噪声源、辐射传播路径和天线。
产生辐射的大多数电压源来自电源和地分配网络。
而要想减小电磁辐射问题，一般采用的办法是为高辐射模块增加屏蔽罩，如铁氧体扼流圈。
五、 小结：
从前述信号完整性问题的讨论中，能够得出两个重要推论：
一个重要推论是，随着上升边的减小，这6种问题都会变得更严重。前述所有信号完整性问题都是以电流或电压的变化速度来衡量的，通常指的是 dl/dt 或dV/dt，上升边越短意味
着dI/dt或 dV/dt越大。随着上升边缩短，噪声问题必然增加，并且更难以解决.
所以说“设计师可以分成两类，一类已经遇到了信号完整性问题，另一类即将遇到信号完整性问题。
第二个重要推论是，解决信号完整性的有效办法在很大程度上基于对互连线阻抗的理解；如果对阻抗有清晰的直觉认识，而且能把互连线的物理设计与互连线阻抗联系起来，在设计过程中就能消除许多信号完整性问题。
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