什么是高速信號看了就知道

信號完整性可以分為狹義和廣義，狹義信號完整性主要關(guān)注傳輸線上的信號質(zhì)量，廣義信號完整性則既包括了俠義信號完整性，也包含電源完整性以及電磁干擾等相關(guān)的內(nèi)容。

從狹義上來說通常我們需要考慮信號完整性的信號，也就是常說的高速信號。因此在判斷一個信號是否會遇到SI相關(guān)問題的時候，首先是要確定這個信號算不算高速信號。

針對高速信號的定義，網(wǎng)上有多種不同的說法。比如：

頻率大于50MHZ的信號；

需要考慮趨膚效應(yīng)帶來的影響時的信號；

邊沿時間小于100PS的信號；

上升時間小于6倍信號的傳輸延時；

這些說法都有一定的道理，相對而言最合理的應(yīng)該是上升時間小于6倍信號傳輸延時。這里面信號的上升時間可以通過IBIS模型或是數(shù)據(jù)手冊獲?。ㄍǔＰ盘柕纳仙龝r間取電平幅度值從10%上升到90%的時間范圍，在IBIS模型中給出的上升時間取的是電平幅度變化值的20~80%）。而傳輸延時則可以按照總長度除信號傳播速度進行計算，傳輸速度簡易近似值約為6mil/ps。

為此我們在這里設(shè)計了兩個小實驗，利用最常見的阻抗不匹配產(chǎn)生反射，并查看反射造成的影響來驗證這條經(jīng)驗公式。

01 實驗1：同等的邊沿時間，不同的傳輸距離 第一組實驗中，信號的邊沿時間都是100ps，傳輸長度分別是60mil和600mil，根據(jù)傳輸速度進行計算。當長度為60mil，傳輸延時是10ps，10（傳輸延時）*6<100（信號邊沿時間），因此不構(gòu)成高速信號的條件。當長度為600mil，傳輸延時是100ps，100（傳輸延時）*6>100（信號邊沿時間），此時構(gòu)成高速信號的條件。

分別放置A和B兩個觀測點，觀測波形?？梢悦黠@的看到，當不用作為高速信號考慮的時候（波形A），阻抗帶來的影響沒有表現(xiàn)出來。而滿足高速信號的條件后，測試的阻抗問題會帶來明顯的影響（波形B）。

02

實驗二:同等傳輸距離，不同的信號邊沿時間

第二組實驗我們將走線的長度同樣調(diào)整為600mil（傳輸延時約100PS），不同之處在于，作為對比的C和D兩個信號的邊沿上升時間分別為100ps與1000ps。同樣根據(jù)我們的計算公式，對于C信號：100*6>100，滿足高速信號的定義。對于D信號：100*6<1000，不滿足高速信號的定義。

對于結(jié)果也是在預(yù)料之中，滿足高速信號定義的，阻抗不匹配帶來明顯反射。不滿足高速信號定義的，信號受到的影響很小。

03 實驗總結(jié)

當一個信號不滿足高速信號的定義時，很多引起信號質(zhì)量問題的因素都可以忽略。這也是為什么在早期的電路中沒有信號完整性這個概念，早期的器件由于生產(chǎn)工藝等多種原因，決定了信號的邊沿上升時間緩慢，達不到需要考慮傳輸線效應(yīng)的地步。

而判斷是否屬于高速信號，使用的是邊沿時間，而不是更為大家接受的頻率。這是因為高頻不一定等于高速，同樣，低頻信號也不能完全忽略它不會產(chǎn)生信號完整性的問題。比如一個30MHZ的信號，如果其上升沿非常陡峭，達到了我們關(guān)于高速信號的定義，一樣需要注意其信號完整性的問題。

之所以一再強調(diào)邊沿時間，是由于信號中的低頻分量主要影響信號的幅度，而高頻分量影響邊沿。一個信號的邊沿越陡峭，其含有的高頻分量也就越多。