高速信號(hào)與信號(hào)完整性分解

1、高速數(shù)字信號(hào)由信號(hào)的邊沿速度決定，一般認(rèn)為上升時(shí)間小于4 倍信號(hào)傳輸延遲時(shí)可視為高速信號(hào)，而高頻信號(hào)是針對(duì)信號(hào)頻率而言的。高速電路涉及信號(hào)分析、傳輸線、模擬電路的知識(shí)。錯(cuò)誤的概念是：8KHz幀信號(hào)為低速信號(hào)。 多高的頻率才算高速信號(hào)？ TOC o 1-5 h z 當(dāng)信號(hào)的上升/下降沿時(shí)間100MH 他（ Tr100MHz時(shí)才考慮高頻規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，還要看傳輸介質(zhì)而定。通常約定如果線傳播延時(shí)大于1/2數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)端的上升時(shí)間，則認(rèn)為此類信號(hào)是高速信號(hào)并產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)。信號(hào)的傳遞發(fā)生在信號(hào)狀態(tài)改變的瞬間，如上升或下降時(shí)間。信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端到接收端經(jīng)過一段固定的時(shí)間，如果傳輸時(shí)間小于1/2 的上升或下降時(shí)

2、間，那么來自接收端的反射信號(hào)將在信號(hào)改變狀態(tài)之前到達(dá)驅(qū)動(dòng)端。反之，反射信號(hào)將在信號(hào)改變狀態(tài)之后到達(dá)驅(qū)動(dòng)端。如果反射信號(hào)很強(qiáng)，疊加的波形就有可能會(huì)改變邏輯狀態(tài)。什么是長(zhǎng)線高速系統(tǒng)中的長(zhǎng)線（Electrically Long Trace ）定義可以從頻域和時(shí)域兩個(gè)角度來定義：1、頻域定義當(dāng)線的物理長(zhǎng)度和相應(yīng)頻率的波長(zhǎng)具有可比性的時(shí)候（一般的說法是大于1/20 波長(zhǎng)） ，這樣的 trace 就叫做 Electrically Long Trace ，或者 transmission line（傳輸線）。2、時(shí)域定義當(dāng)信號(hào)線的傳輸延遲（propagation delay）大于1/4 信號(hào)上升時(shí)間（rise

3、 time）的時(shí)候，該信號(hào)線就應(yīng)視為傳輸線。什么是微帶線和帶狀線.微帶線參考平面(reference plane)只有一個(gè)。有些朋友認(rèn)為微帶線就是位于PCB 表層的傳輸線。這種看法不全面。設(shè)想一種情形：一個(gè)多層板的第一和第二層都是信號(hào)層，而第三層為地平面，那么在第一和第二層上的傳輸線都叫微帶線。位于第二層的微帶線也叫做掩埋式微帶線(embedded microstrip ) 。微帶線的阻抗與它的線寬、頻率和它到參考平面的垂直距離有關(guān)。.帶狀線位于兩個(gè)參考平面之間，所以它有兩個(gè)參考平面，阻抗的計(jì)算公式與微帶線的也不一樣。當(dāng)然，帶狀線肯定是位于PCB 的內(nèi)層。什么是信號(hào)完整性信號(hào)完整性(Signa

4、l Integrity )：就是指電路系統(tǒng)中信號(hào)的質(zhì)量，如果在要求的時(shí)間內(nèi)，信號(hào)能不失真地從源端傳送到接收端，我們就稱該信號(hào)是完整的。信號(hào)具有良好的信號(hào)完整性是指當(dāng)在需要的時(shí)候，具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值。差的信號(hào)完整性不是由某一單一因素導(dǎo)致的，而是板級(jí)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起的。主要的信號(hào)完整性問題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。信號(hào)完整性的一些基本概念傳輸線(Transmission Line )：由兩個(gè)具有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成回路的連接線,我們稱之為傳輸線, 有時(shí)也被稱為延遲線。集總電路(Lumped circuit )：在一般的電路分析中, 電路的所有參數(shù),如阻抗、容抗、感抗都集中于空間的

5、各個(gè)點(diǎn)上, 各個(gè)元件上, 各點(diǎn)之間的信號(hào)是瞬間傳遞的, 這種理想化的電路模型稱為集總電路。分布式系統(tǒng)(Distributed System) ：實(shí)際的電路情況是各種參數(shù)分布于電路所在空間的各處,當(dāng)這種分散性造成的信號(hào)延遲時(shí)間與信號(hào)本身的變化時(shí)間相比已不能忽略的時(shí)侯,整個(gè)信號(hào)通道是帶有電阻、電容、電感的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò), 這就是一個(gè)典型的分布參數(shù)系統(tǒng)。上升 /下降時(shí)間 ( Rise/Fall Time ) ： 信號(hào)從低電平跳變?yōu)楦唠娖剿枰臅r(shí)間,通常是量度上升/下降沿在10%-90% 電壓幅值之間的持續(xù)時(shí)間,記為Tr。截止頻率(Knee Frequency )：這是表征數(shù)字電路中集中了大部分能量的頻率

6、范圍(0.5/Tr ) ,記為 Fknee, 一般認(rèn)為超過這個(gè)頻率的能量對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸沒有任何影響。特征阻抗(Characteristic Impedance )：交流信號(hào)在傳輸線上傳播中的每一步遇到不變的瞬間阻抗就被稱為特征阻抗, 也稱為浪涌阻抗, 記為 Z0 。可以通過傳輸線上輸入電壓對(duì)輸入電流的比率值(V/I) 來表示。傳輸延遲(Propagation delay )：指信號(hào)在傳輸線上的傳播延時(shí),與線長(zhǎng)和信號(hào)傳播速度有關(guān),記為 tPD 。微帶線(Micro-Strip )：指只有一邊存在參考平面的傳輸線。帶狀線(Strip-Line )：指兩邊都有參考平面的傳輸線。趨膚效應(yīng)(Skin

7、effect )：指當(dāng)信號(hào)頻率提高時(shí), 流動(dòng)電荷會(huì)漸漸向傳輸線的邊緣靠近, 甚至中間將沒有電流通過。與此類似的還有集束效應(yīng), 現(xiàn)象是電流密集區(qū)域集中在導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)。反射( Reflection )：指由于阻抗不匹配而造成的信號(hào)能量的不完全吸收, 發(fā)射的程度可以有反射系數(shù) 表示。過沖 / 下沖( Over shoot/under shoot )：過沖就是指接收信號(hào)的第一個(gè)峰值或谷值超過設(shè)定電壓對(duì)于上升沿是指第一個(gè)峰值超過最高電壓; 對(duì)于下降沿是指第一個(gè)谷值超過最低電壓, 而下沖就是指第二個(gè)谷值或峰值。振蕩：在一個(gè)時(shí)鐘周期中, 反復(fù)的出現(xiàn)過沖和下沖, 我們就稱之為振蕩。振蕩根據(jù)表現(xiàn)形式可分為振鈴(R

8、inging )和環(huán)繞振蕩,振鈴為欠阻尼振蕩, 而環(huán)繞振蕩為過阻尼振蕩。匹配( Termination )：指為了消除反射而通過添加電阻或電容器件來達(dá)到阻抗一致的效果。因?yàn)橥ǔ２捎迷谠炊嘶蚪K端, 所以也稱為端接。串?dāng)_：串?dāng)_是指當(dāng)信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí), 因電磁耦合對(duì)相鄰的傳輸線產(chǎn)生的不期望的電壓噪聲干擾, 這種干擾是由于傳輸線之間的互感和互容引起的。信號(hào)回流(Return current )：指伴隨信號(hào)傳播的返回電流。自屏蔽 ( Self shielding ) ： 信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí), 靠大電容耦合抑制電場(chǎng),靠小電感耦合抑制磁場(chǎng)來維持低電抗的方法稱為自屏蔽。前向串?dāng)_(Forward Cros

9、stalk )：指干擾源對(duì)犧牲源的接收端產(chǎn)生的第一次干擾,也稱為遠(yuǎn)端干擾(Far-end crosstalk) 。后向串?dāng)_(Forward Crosstalk )：指干擾源對(duì)犧牲源的發(fā)送端產(chǎn)生的第一次干擾,也稱為近端干擾(Near-end crosstalk) 。屏蔽效率(SE )：是對(duì)屏蔽的適用性進(jìn)行評(píng)估的一個(gè)參數(shù), 單位為分貝。吸收損耗：吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩的時(shí)候能量損耗的數(shù)量。反射損耗：反射損耗是指由于屏蔽的內(nèi)部反射導(dǎo)致的能量損耗的數(shù)量, 他隨著波阻和屏蔽阻抗的比率而變化。校正因子：表示屏蔽效率下降的情況的參數(shù), 由于屏蔽物吸收效率不高, 其內(nèi)部的再反射會(huì)使穿過屏蔽層另一面的能量

10、增加,所以校正因子是個(gè)負(fù)數(shù),而且只使用于薄屏蔽罩中存在多個(gè)反射的情況分析。差模 EMI ：傳輸線上電流從驅(qū)動(dòng)端流到接收端的時(shí)候和它回流之間耦合產(chǎn)生的EMI, 就叫做差模EMI 。共模 EMI ：當(dāng)兩條或者多條傳輸線以相同的相位和方向從驅(qū)動(dòng)端輸出到接收端的時(shí)候,就會(huì)產(chǎn)生共模輻射既共模 EMI 。發(fā)射帶寬：即最高頻率發(fā)射帶寬, 當(dāng)數(shù)字集成電路從邏輯高低之間轉(zhuǎn)換的時(shí)候, 輸出端產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率并不是導(dǎo)致EMI 的唯一成分。該方波中包含頻率范圍更寬廣的正弦諧波分量, 這些正弦諧波分量是工程師所關(guān)心的EMI 頻率成分, 而最高的EMI 頻率也稱為EMI 的發(fā)射帶寬。電磁環(huán)境：存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)

11、象的總和。電磁騷擾：任何能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或者無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁干擾：電磁騷擾引起設(shè)備、傳輸通道和系統(tǒng)性能的下降。電磁兼容性：設(shè)備或者系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。系統(tǒng)內(nèi)干擾：系統(tǒng)中出現(xiàn)由本系統(tǒng)內(nèi)部電磁騷擾引起的電磁干擾。系統(tǒng)間干擾：有其他系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)一個(gè)系統(tǒng)造成的電磁干擾。靜電放電：具有不同靜電電位的物體相互接近或者接觸時(shí)候而引起的電荷轉(zhuǎn)移。建立時(shí)間(Setup Time )：建立時(shí)間就是接收器件需要數(shù)據(jù)提前于時(shí)鐘沿穩(wěn)定存在于輸入端的時(shí)間。保持時(shí)間 ( Hold Time ) ： 為了成功的鎖

12、存一個(gè)信號(hào)到接收端,器件必須要求數(shù)據(jù)信號(hào)在被時(shí)鐘沿觸發(fā)后繼續(xù)保持一段時(shí)間, 以確保數(shù)據(jù)被正確的操作。這個(gè)最小的時(shí)間就是我們說的保持時(shí)間。飛行時(shí)間(Flight Time )：指信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端傳輸?shù)浇邮斩? 并達(dá)到一定的電平之間的延時(shí), 和傳輸延遲和上升時(shí)間有關(guān)。Tco ：是指器件的輸入時(shí)鐘邊緣觸發(fā)有效到輸出信號(hào)有效的時(shí)間差, 這是信號(hào)在器件內(nèi)部的所有延遲總和一般包括邏輯延遲和緩沖延遲。緩沖延遲(buffer delay )：指信號(hào)經(jīng)過緩沖器達(dá)到有效的電壓輸出所需要的時(shí)間時(shí)鐘抖動(dòng)(Jitter )：時(shí)鐘抖動(dòng)是指時(shí)鐘觸的, 和后期布線沒有關(guān)系。時(shí)鐘偏移(Skew )：是指由同樣的時(shí)鐘產(chǎn)生的多個(gè)子時(shí)鐘

13、信號(hào)之間的延時(shí)差異。假時(shí)鐘 : 假時(shí)鐘是指時(shí)鐘越過閾值(threshold) 無意識(shí)地改變了狀態(tài)( 有時(shí)在 VIL 或 VIH 之間 ) 。通常由于過分的下沖(undershoot) 或串?dāng)_ (crosstalk) 引起。電源完整性(Power Integrity) ： 指電路系統(tǒng)中的電源和地的質(zhì)量。同步開關(guān)噪聲( Simultaneous Switch Noise ) ： 指當(dāng)器件處于開關(guān)狀態(tài), 產(chǎn)生瞬間變化的電流( di/dt ) ,在經(jīng)過回流途徑上存在的電感時(shí), 形成交流壓降, 從而引起噪聲, 簡(jiǎn)稱 SSN 。也稱為i 噪聲。地彈( Ground Bounce )：指由于封裝電感而引起地

14、平面的波動(dòng),造成芯片地和系統(tǒng)地不一致的現(xiàn)象。同樣 , 如果是由于封裝電感引起的芯片和系統(tǒng)電源差異, 就稱為電源反彈(Power Bounce )。傳輸線(Transmission Line )：由兩個(gè)具有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成回路的連接線, 我們稱之為傳輸線, 有時(shí)也被稱為延遲線。集總電路(Lumped circuit )：在一般的電路分析中, 電路的所有參數(shù), 如阻抗、容抗、感抗都集中于空間的各個(gè)點(diǎn)上, 各個(gè)元件上, 各點(diǎn)之間的信號(hào)是瞬間傳遞的, 這種理想化的電路模型稱為集總電路。分布式系統(tǒng)(Distributed System) ：實(shí)際的電路情況是各種參數(shù)分布于電路所在空間的各處 , 當(dāng)這種分

15、散性造成的信號(hào)延遲時(shí)間與信號(hào)本身的變化時(shí)間相比已不能忽略的時(shí)侯,整個(gè)信號(hào)通道是帶有電阻、電容、電感的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò), 這就是一個(gè)典型的分布參數(shù)系統(tǒng)。上升 / 下降時(shí)間(Rise/Fall Time )：信號(hào)從低電平跳變?yōu)楦唠娖剿枰臅r(shí)間, 通常是量度上升/ 下降沿在10%-90%電壓幅值之間的持續(xù)時(shí)間, 記為 Tr。截止頻率(Knee Frequency )：這是表征數(shù)字電路中集中了大部分能量的頻率范圍( 0.5/Tr ) , 記為 Fknee, 一般認(rèn)為超過這個(gè)頻率的能量對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸沒有任何影響。特征阻抗(Characteristic Impedance)：交流信號(hào)在傳輸線上傳播中的每一步遇

16、到不變的瞬間阻抗就被稱為特征阻抗, 也稱為浪涌阻抗, 記為Z0。可以通過傳輸線上輸入電壓對(duì)輸入電流的比率值(V/I) 來表示。傳輸延遲(Propagation delay )：指信號(hào)在傳輸線上的傳播延時(shí), 與線長(zhǎng)和信號(hào)傳播速度有關(guān), 記為tPD。微帶線(Micro-Strip )：指只有一邊存在參考平面的傳輸線。帶狀線(Strip-Line )：指兩邊都有參考平面的傳輸線。趨膚效應(yīng)(Skin effect)：指當(dāng)信號(hào)頻率提高時(shí), 流動(dòng)電荷會(huì)漸漸向傳輸線的邊緣靠近 , 甚至中間將沒有電流通過。與此類似的還有集束效應(yīng), 現(xiàn)象是電流密集區(qū)域集中在導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)。反射( Reflection )：指由于阻

17、抗不匹配而造成的信號(hào)能量的不完全吸收, 發(fā)射的程度可以有反射系數(shù) 表示。過沖 / 下沖( Over shoot/under shoot )：過沖就是指接收信號(hào)的第一個(gè)峰值或谷值超過設(shè)定電壓對(duì)于上升沿是指第一個(gè)峰值超過最高電壓 ; 對(duì)于下降沿是指第一個(gè)谷值超過最低電壓, 而下沖就是指第二個(gè)谷值或峰值。振蕩：在一個(gè)時(shí)鐘周期中, 反復(fù)的出現(xiàn)過沖和下沖, 我們就稱之為振蕩。振蕩根據(jù)表現(xiàn)形式可分為振鈴(Ringing )和環(huán)繞振蕩, 振鈴為欠阻尼振蕩, 而環(huán)繞振蕩為過阻尼振蕩。匹配( Termination )：指為了消除反射而通過添加電阻或電容器件來達(dá)到阻抗一致的效果。因?yàn)橥ǔ２捎迷谠炊嘶蚪K端, 所以

18、也稱為端接。串?dāng)_：串?dāng)_是指當(dāng)信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí), 因電磁耦合對(duì)相鄰的傳輸線產(chǎn)生的不期望的電壓噪聲干擾, 這種干擾是由于傳輸線之間的互感和互容引起的。信號(hào)回流(Return current )：指伴隨信號(hào)傳播的返回電流。自屏蔽(Self shielding )：信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí), 靠大電容耦合抑制電場(chǎng), 靠小電感耦合抑制磁場(chǎng)來維持低電抗的方法稱為自屏蔽。前向串?dāng)_(Forward Crosstalk)：指干擾源對(duì)犧牲源的接收端產(chǎn)生的第一次干擾, 也稱為遠(yuǎn)端干擾(Far-end crosstalk) 。后向串?dāng)_(Forward Crosstalk)：指干擾源對(duì)犧牲源的發(fā)送端產(chǎn)生的第一次干擾,

19、也稱為近端干擾(Near-end crosstalk) 。屏蔽效率(SE)：是對(duì)屏蔽的適用性進(jìn)行評(píng)估的一個(gè)參數(shù), 單位為分貝。吸收損耗：吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩的時(shí)候能量損耗的數(shù)量。反射損耗：反射損耗是指由于屏蔽的內(nèi)部反射導(dǎo)致的能量損耗的數(shù)量, 他隨著波阻和屏蔽阻抗的比率而變化。校正因子：表示屏蔽效率下降的情況的參數(shù), 由于屏蔽物吸收效率不高, 其內(nèi)部的再反射會(huì)使穿過屏蔽層另一面的能量增加, 所以校正因子是個(gè)負(fù)數(shù), 而且只使用于薄屏蔽罩中存在多個(gè)反射的情況分析。差模EMI：傳輸線上電流從驅(qū)動(dòng)端流到接收端的時(shí)候和它回流之間耦合產(chǎn)生的EMI,就 TOC o 1-5 h z 叫做差模EMI。共模

20、EMI：當(dāng)兩條或者多條傳輸線以相同的相位和方向從驅(qū)動(dòng)端輸出到接收端的時(shí)候,就會(huì)產(chǎn)生共模輻射, 既共模EMI。發(fā)射帶寬：即最高頻率發(fā)射帶寬, 當(dāng)數(shù)字集成電路從邏輯高低之間轉(zhuǎn)換的時(shí)候, 輸出端產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率并不是導(dǎo)致EMI 的唯一成分。該方波中包含頻率范圍更寬廣的正弦諧波分量 , 這些正弦諧波分量是工程師所關(guān)心的EMI頻率成分, 而最高的EMI頻率也稱為EMI的發(fā)射帶寬。電磁環(huán)境：存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和。電磁騷擾：任何能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或者無生命物質(zhì)產(chǎn)生 損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁干擾：電磁騷擾引起設(shè)備、傳輸通道和系統(tǒng)性能的下降。電磁兼容性：設(shè)備或者系統(tǒng)在電磁

21、環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不 能承受的電磁騷擾的能力。系統(tǒng)內(nèi)干擾：系統(tǒng)中出現(xiàn)由本系統(tǒng)內(nèi)部電磁騷擾引起的電磁干擾。系統(tǒng)間干擾：有其他系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)一個(gè)系統(tǒng)造成的電磁干擾。靜電放電：具有不同靜電電位的物體相互接近或者接觸時(shí)候而引起的電荷轉(zhuǎn)移。建立時(shí)間(Setup Time )：建立時(shí)間就是接收器件需要數(shù)據(jù)提前于時(shí)鐘沿穩(wěn)定存在于輸入端的時(shí)間。保持時(shí)間(Hold Time )：為了成功的鎖存一個(gè)信號(hào)到接收端, 器件必須要求數(shù)據(jù)信號(hào)在被時(shí)鐘沿觸發(fā)后繼續(xù)保持一段時(shí)間, 以確保數(shù)據(jù)被正確的操作。這個(gè)最小的時(shí)間就是我們說的保持時(shí)間。飛行時(shí)間(Flight Time )：指信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端傳輸

22、到接收端, 并達(dá)到一定的電平之間的延時(shí) , 和傳輸延遲和上升時(shí)間有關(guān)。Tco：是指器件的輸入時(shí)鐘邊緣觸發(fā)有效到輸出信號(hào)有效的時(shí)間差, 這是信號(hào)在器件內(nèi)部的所有延遲總和, 一般包括邏輯延遲和緩沖延遲。緩沖延遲(buffer delay )：指信號(hào)經(jīng)過緩沖器達(dá)到有效的電壓輸出所需要的時(shí)間時(shí)鐘抖動(dòng)(Jitter )：時(shí)鐘抖動(dòng)是指時(shí)鐘觸發(fā)沿的隨機(jī)誤差, 通常可以用兩個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期之間的差值來量度, 這個(gè)誤差是由時(shí)鐘發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生的, 和后期布線沒有關(guān)系。時(shí)鐘偏移(Skew)：是指由同樣的時(shí)鐘產(chǎn)生的多個(gè)子時(shí)鐘信號(hào)之間的延時(shí)差異。假時(shí)鐘 : 假時(shí)鐘是指時(shí)鐘越過閾值(threshold) 無意識(shí)地改變了狀

23、態(tài)(有時(shí)在 VIL 或VIH 之間 )。通常由于過分的下沖(undershoot) 或串?dāng)_ (crosstalk) 引起。電源完整性(Power Integrity) ： 指電路系統(tǒng)中的電源和地的質(zhì)量。同步開關(guān)噪聲(Simultaneous Switch Noise )：指當(dāng)器件處于開關(guān)狀態(tài), 產(chǎn)生瞬間變化的電流(di/dt ) , 在經(jīng)過回流途徑上存在的電感時(shí), 形成交流壓降, 從而引起噪聲, 簡(jiǎn)稱SSN。也稱為 i 噪聲。地彈( Ground Bounce )：指由于封裝電感而引起地平面的波動(dòng), 造成芯片地和系統(tǒng)地不一致的現(xiàn)象。同樣, 如果是由于封裝電感引起的芯片和系統(tǒng)電源差異, 就稱為電

24、源反彈Power Bounce ）。/P如果你發(fā)現(xiàn)，以前低速時(shí)代積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)在似乎都不靈了，同樣的設(shè)計(jì)，以前沒問題，可是現(xiàn)在卻無法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件設(shè)計(jì)中最核心的問題：信號(hào)完整性 。早一天遇到，對(duì)你來說是好事。在過去的低速時(shí)代，電平跳變時(shí)信號(hào)上升時(shí)間較長(zhǎng)，通常幾個(gè)ns。器件間的互連線不至于影響電路的功能，沒必要關(guān)心信號(hào)完整性問題。但在今天的高速時(shí)代，隨著IC 輸出開關(guān)速度的提高，很多都在皮秒級(jí)，不管信號(hào)周期如何，幾乎所有設(shè)計(jì)都遇到了信號(hào)完整性問題。 另外，對(duì)低功耗追求使得內(nèi)核電壓越來越低，1.2v 內(nèi)核電壓已經(jīng)很常見了。因此系統(tǒng)能容忍的噪聲余量越來越小，這也使得信號(hào)完整性問題更

25、加突出。廣義上講，信號(hào)完整性是指在電路設(shè)計(jì)中互連線引起的所有問題，它主要研究互連線的電氣特性參數(shù)與數(shù)字信號(hào)的電壓電流波形相互作用后，如何影響到產(chǎn)品性能的問題。主要表現(xiàn)在對(duì)時(shí)序的影響、信號(hào)振鈴、信號(hào)反射、近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_、開關(guān)噪聲、非單調(diào)性、地彈、電源反彈、衰減、容性負(fù)載、電磁輻射、電磁干擾等。信號(hào)完整性問題的根源在于信號(hào)上升時(shí)間的減小。即使布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有變化，如果采用了信號(hào)上升時(shí)間很小的IC 芯片，現(xiàn)有設(shè)計(jì)也將處于臨界狀態(tài)或者停止工作。下面談?wù)剮追N常見的信號(hào)完整性問題。反射 ：圖 1 顯示了信號(hào)反射引起的波形畸變?？雌饋砭拖裾疋?，拿出你制作的電路板，測(cè)一測(cè)各種信號(hào)，比如時(shí)鐘輸出或是高速數(shù)據(jù)

26、線輸出，看看是不是存在這種波形。如果有，那么你該對(duì)信號(hào)完整性問題有個(gè)感性的認(rèn)識(shí)了，對(duì)，這就是一種信號(hào)完整性問題。很多硬件工程師都會(huì)在時(shí)鐘輸出信號(hào)上串接一個(gè)小電阻，至于為什么，他們中很多人都說不清楚，他們會(huì)說，很多成熟設(shè)計(jì)上都有，照著做的?；蛟S你知道，可是確實(shí)很多人說不清這個(gè)小小電阻的作用，包括很多有了三四年經(jīng)驗(yàn)的硬件工程師，很驚訝么?可這確實(shí)是事實(shí)，我碰到過很多。其實(shí)這個(gè)小電阻的作用就是為了解決信號(hào)反射問題。而且隨著電阻的加大，振鈴會(huì)消失，但你會(huì)發(fā)現(xiàn)信號(hào)上升沿不再那么陡峭了。這個(gè)解決方法叫阻抗匹配，奧，對(duì)了，一定要注意阻抗匹配，阻抗在信號(hào)完整性問題中占據(jù)著極其重要的地位。串?dāng)_ ：如果足夠細(xì)心你

27、會(huì)發(fā)現(xiàn)，有時(shí)對(duì)于某根信號(hào)線，從功能上來說并沒有輸出信號(hào)，但測(cè)量時(shí)，會(huì)有幅度很小的規(guī)則波形，就像有信號(hào)輸出。這時(shí)你測(cè)量一下與它鄰近的信號(hào)線，看看是不是有某種相似的規(guī)律！對(duì)， 如果兩根信號(hào)線靠的很近的話，通常會(huì)的。這就是串?dāng)_。當(dāng)然，被串?dāng)_影響的信號(hào)線上的波形不一定和鄰近信號(hào)波形相似，也不一定有明顯的規(guī)律，更多的是表現(xiàn)為噪聲形式。串?dāng)_在當(dāng)今的高密度電路板中一直是個(gè)讓人頭疼的問題，由于布線空間小，信號(hào)必然靠得很近，因此你比須面對(duì)它，只能控制但無法消除。對(duì)于受到串?dāng)_的信號(hào)線，鄰近信號(hào)的干擾對(duì)他來說就相當(dāng)于噪聲。串?dāng)_大小和電路板上的很多因素有關(guān)，并不是僅僅因?yàn)閮筛盘?hào)線間的距離。當(dāng)然， 距離最容易控制，也

28、是最常用的解決串?dāng)_的方法，但不是唯一方法。這也是很多工程師容易誤解的地方。 更深入的討論，我會(huì)在后續(xù)文章中陸續(xù)推出，如果你感興趣，可以常來于博士信號(hào)完整性研究網(wǎng) HYPERLINK ，關(guān)注博士講壇欄目。 TOC o 1-5 h z 軌道塌陷：噪聲不僅存在于信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中，電源分配系統(tǒng)也存在。我們知道，電源和地之間電流流經(jīng)路徑上不可避免存在阻抗，除非你能讓電路板上的所有東西都變成超導(dǎo)體。那么， 當(dāng)電流變化時(shí)，不可避免產(chǎn)生壓降，因此，真正送到芯片電源管腳上的電壓會(huì)減小，有時(shí)減小得很厲害，就像電壓突然產(chǎn)生了塌陷，這就是軌道塌陷。軌道塌陷有時(shí)會(huì)產(chǎn)生致命的問題，很可能影響你的電路板的功能。高性能處理器集成的門數(shù)越來越多，開關(guān)速度也越來越快，在更短的時(shí)間內(nèi)消耗更多的開關(guān)電流，可以容忍的噪聲變得越來越小。但同時(shí)控制噪聲越來越難， 因?yàn)楦咝阅芴幚砥鲗?duì)電源系統(tǒng)的苛刻要求，構(gòu)建更低阻抗的電源分配系統(tǒng)變得越來越困難。