保障信號(hào)完整性，這九大方法不可不知

1 信號(hào)完整性基礎(chǔ)知識(shí)

把它放在第一點(diǎn)，就足以說(shuō)明信號(hào)完整性基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。所謂“萬(wàn)丈高樓平地起”，說(shuō)的就是這個(gè)道理，想從事信號(hào)完整性工作就必須對(duì)整個(gè)信號(hào)完整性的理論基礎(chǔ)有一個(gè)很明晰的了解。至少要熟讀幾本信號(hào)完整性方面的書(shū)籍，了解什么是信號(hào)完整性；了解信號(hào)完整性研究的對(duì)象和內(nèi)容是什么；信號(hào)完整性與哪些因素有關(guān)系；信號(hào)完整性會(huì)影響到產(chǎn)品的哪一個(gè)方面；等等。記得看的第一本書(shū)就是Eric的《Signal Integrity-Simplified》即國(guó)內(nèi)現(xiàn)在號(hào)稱的藍(lán)皮書(shū)《信號(hào)完整性分析》，李玉山老師等作者翻譯的，然后接著啃了所謂的墨寶書(shū)，由Howard Johnson和Martin合著的《High-Speed digital design-A handbook of Black Magic》，中文版本叫《高速數(shù)字設(shè)計(jì)》，也是出的比較早，電源完整性看了一本《集成電路電源完整性分析與管理》，中間還硬著頭皮還啃一本英文原著《High-Speed Digital System Design—A Handbook of Interconnect Theoryand Design Practices》。當(dāng)然，還有一些大部頭和國(guó)內(nèi)的一些原創(chuàng)書(shū)籍，也都是非常的不錯(cuò)，只是沒(méi)有什么看完整。

以上兩本書(shū)是我經(jīng)常推薦給身邊的從事電路設(shè)計(jì)和硬件工程師的，信號(hào)完整性分析比較簡(jiǎn)單，入門(mén)比較好，目前有第二版本的，書(shū)名都改啦，叫《信號(hào)完整性與電源完整性分析》把之前缺失的S參數(shù)和電源完整性也加上啦，非常不錯(cuò)?！陡咚贁?shù)字設(shè)計(jì)》稍微難一點(diǎn)，但是在下認(rèn)為也是一本必讀的書(shū)籍。

2電路原理

電路原理部分，應(yīng)該是很多工程師在大學(xué)的時(shí)候的必修課。我記得我們當(dāng)時(shí)學(xué)的就有康華光老師的《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的模擬和數(shù)字部分，以及邱關(guān)源老師的《電路》。信號(hào)完整性是屬于硬件設(shè)計(jì)的一個(gè)部分，但是又不僅僅考慮的是硬件電路的設(shè)計(jì)，所以說(shuō)電路原理是高速電路信號(hào)完整性中的極其重要的一個(gè)部分。電路原理設(shè)計(jì)包括電路系統(tǒng)、原理框圖和電路的設(shè)計(jì)，這是信號(hào)完整性工程師必須具備的基本技能。這也是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)延伸而來(lái)的，如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，就是電路原理設(shè)計(jì)的目的。

3 熟悉各總線協(xié)議

以上圖中的Logo應(yīng)該或多或少的都出現(xiàn)在我們的生活中，那么在作為一個(gè)每天都與這些logo的接口或者總線打交道的工程師，又有多少對(duì)其有一些了解呢？其實(shí)，作為一位信號(hào)完整性工程師，總線協(xié)議是每一位工程師必須要了解的內(nèi)容。因?yàn)檫@就是我們工作的指南，不管你做的工作再好，只要不符合總線協(xié)議的要求，都是毫無(wú)意義的，因?yàn)檫@是信號(hào)如何傳輸?shù)囊罁?jù)，也是判斷信號(hào)是否滿足設(shè)計(jì)要求的根本。所以說(shuō)，不懂協(xié)議的信號(hào)完整性工程師，不是一位好“廚師”。

4 熟悉PCB layout設(shè)計(jì)

在高速電路迅速發(fā)展的現(xiàn)階段，原理方案設(shè)計(jì)已經(jīng)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，如手機(jī)，就是那么幾家的解決方案，CPU確定，那么其方案、外圍電路已然確定，但是不同的公司設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品外觀和質(zhì)量都是不同的，即使是同一家公司設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品也是不同的，外觀是有ID和ME所確定，性能的不一樣就是PCB設(shè)計(jì)的不一樣。一個(gè)產(chǎn)品的PCB設(shè)計(jì)不僅僅要連通各個(gè)模塊，還需要使性能最優(yōu)、滿足各兼容性測(cè)試、符合生產(chǎn)工藝等等。

5 熟悉PCB材料

PCB是產(chǎn)品中最大的一顆元器件，那么制造這個(gè)元器件的原料就變得越來(lái)越重要，特別是對(duì)于高速電路來(lái)講。信號(hào)完整性是否滿足設(shè)計(jì)要求，一部分原因就是由PCB材料決定的。目前，PCB材料有成千上萬(wàn)種，從中選擇符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的材料，是越來(lái)越多信號(hào)完整性工程師需要完成的一項(xiàng)工作。

6 熟悉評(píng)估各種高速互連器件

信號(hào)完整性是一個(gè)比較寬泛的概念，這個(gè)概念最主要還是體現(xiàn)在整個(gè)電路和方案的設(shè)計(jì)上。那么電路鏈路中的高速互連器件就是信號(hào)完整性的重要組成部分。了解和熟悉高速互連器件，如發(fā)送端芯片、接收端芯片、連接器、線纜等等。不僅僅要考慮其性能，更需要考慮成本、工藝參數(shù)要求、封裝、供應(yīng)商質(zhì)量等等。

7 熟悉至少一種仿真軟件

信號(hào)完整性的工作之一就是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，縮短產(chǎn)品研發(fā)的周期，迅速使產(chǎn)品推向市場(chǎng)。那么在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期就需要對(duì)產(chǎn)品中的關(guān)鍵的信號(hào)進(jìn)行仿真，使研發(fā)人員盡可能的了解到產(chǎn)品存在什么樣的風(fēng)險(xiǎn)，并使風(fēng)險(xiǎn)降到最低。不管是Hspice，還是Ansys designer/HFSS/SIwave/，或者是Hyperlynx、Sigrity，對(duì)于信號(hào)完整性工程師來(lái)講至少要熟悉一種仿真軟件。這樣才能增加你設(shè)計(jì)的信心。

8 熟悉測(cè)試測(cè)量

對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)講，測(cè)試和測(cè)量是產(chǎn)品研發(fā)階段必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。信號(hào)完整性工程師必須要熟練使用各種測(cè)試測(cè)量設(shè)備，基本的設(shè)備就是實(shí)時(shí)示波器、采樣示波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、阻抗測(cè)速儀、信號(hào)源、穩(wěn)壓源、數(shù)字萬(wàn)用表等，高階一點(diǎn)的就是誤碼分析儀、協(xié)議分析儀、頻譜分析儀、探針臺(tái)、溫箱等等。如果不會(huì)使用設(shè)備，就很難找到產(chǎn)品的問(wèn)題點(diǎn)在哪里，那就無(wú)從說(shuō)起設(shè)計(jì)一個(gè)好的產(chǎn)品。當(dāng)然，還有一些最基本的，比如烙鐵、熱風(fēng)槍的使用。

9 分析和解決問(wèn)題的能力

不管是仿真還是測(cè)試，對(duì)于一個(gè)優(yōu)秀的信號(hào)完整性工程師來(lái)講，分析和解決問(wèn)題才是最重要的。對(duì)于現(xiàn)在很多工程師來(lái)講，得到一個(gè)測(cè)試或者是仿真的波形曲線很簡(jiǎn)單，復(fù)雜的是要能理解波形曲線表示的意義和代表的問(wèn)題，并最終能解決其。比如，在測(cè)試的時(shí)候存在一個(gè)非單調(diào)，那么首先要知道這是一個(gè)非單調(diào)，然后再分析其是因?yàn)闇y(cè)試設(shè)備沒(méi)有校準(zhǔn)，引起的，還是由于人為的因素引起的，亦或是測(cè)試點(diǎn)的選擇不正確，亦或是芯片本身存在的問(wèn)題，亦或是傳輸線阻抗匹配的問(wèn)題等等，找到問(wèn)題之后才能對(duì)癥下藥。

謹(jǐn)獻(xiàn)給那些還徘徊在高速電路門(mén)外的童鞋們，希望對(duì)各位有所幫助。

本文作者簡(jiǎn)介：

蔣修國(guó)，信號(hào)完整性公眾號(hào)創(chuàng)始人和博主

知名技術(shù)公眾號(hào)《信號(hào)完整性》公眾號(hào)創(chuàng)始人和博主；

經(jīng)典書(shū)籍《電源完整性》翻譯者；

書(shū)籍《高速電路仿真實(shí)戰(zhàn)》的作者。