什么是信號(hào)完整性!信號(hào)完整性分析

　　信號(hào)完整性是指信號(hào)在傳輸路徑上的質(zhì)量，由于路徑的特性對(duì)信號(hào)造成的失真。數(shù)字電路剛出現(xiàn)的時(shí)候，由于傳輸信號(hào)速率很低，在電路分析時(shí)采用低頻和直流的方法就可以。

　　但是隨著數(shù)字信號(hào)頻率越來(lái)越高，電路的模擬特性越來(lái)越顯現(xiàn)出來(lái)，所以也有人說(shuō)信號(hào)完整性是數(shù)字與模擬的橋梁。數(shù)字電路工程師已經(jīng)需要大量的射頻和微波電路基礎(chǔ)理論來(lái)分析數(shù)字電路。高端的信號(hào)完整性試驗(yàn)室都需要同時(shí)配備示波器和網(wǎng)絡(luò)分析儀。

　　傳輸路徑可以是普通的金屬線，可以是光學(xué)器件，也可以是其他媒質(zhì)。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，而是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起的。

　　不管是在系統(tǒng)中什么地方，隔離并排除信號(hào)完整性故障總是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。您需要高帶寬而且省時(shí)的解決方案來(lái)正確解決高速信號(hào)偏差問(wèn)題，信號(hào)完整性測(cè)試設(shè)備數(shù)字示波器、邏輯分析儀、實(shí)時(shí)頻譜分析儀、時(shí)域反射計(jì)解決方案、信號(hào)發(fā)生器、高保真探頭和分析軟件。

　　信號(hào)完整性分析概論

　　高速領(lǐng)域：時(shí)鐘頻率超過(guò)100MHz或者Tr小于1ns，信號(hào)完整性效應(yīng)就變得重要。通常將這種情況稱(chēng)之為高頻領(lǐng)域或高速領(lǐng)域。

　　體會(huì)：可作為經(jīng)驗(yàn)法則。大致判斷某塊電路是否需要進(jìn)行計(jì)算或仿真。對(duì)于低于此頻率以下，Tr以上的，便可采用大致的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)。對(duì)于低頻唯一的要求就是聯(lián)通即可。高一點(diǎn)的要求便是美觀工整。按要求設(shè)計(jì)唄，不用考慮太多SI問(wèn)題。做好PDS即可了。

　　信號(hào)完整性三種影響和后果：

　　1.時(shí)序；2.噪聲；3.電磁干擾。

　　理解：具體產(chǎn)生以上問(wèn)題還沒(méi)有細(xì)致研究過(guò)。待成為半神再來(lái)解釋

　　SI特定噪聲源：

　　1.單一網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)完整性；在信號(hào)路徑或返回路徑上由于阻抗突變而引起的反射與失真

　　2.兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的串?dāng)_；和理想回路與非理想回路耦合的互容互感。

　　3.電源和地分配中的軌道塌陷；在電源、地網(wǎng)絡(luò)中的電壓變化！

　　4.來(lái)自整個(gè)系統(tǒng)的電磁干擾和輻射。

　　體會(huì)：?jiǎn)我痪W(wǎng)絡(luò)包括從源端，源內(nèi)阻，傳輸線，接收端容抗，返回路徑。保持信號(hào)完整性，就需要盡可能將以上設(shè)計(jì)成相同阻抗。如果接收與發(fā)送不匹配就需要采用T型網(wǎng)絡(luò)或者π型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗匹配。比如視頻信號(hào)采用的特殊阻抗為75歐姆，電路板采用的是50歐姆，其便可使用衰減電路來(lái)匹配特性阻抗。

　　任何改變橫截面或網(wǎng)絡(luò)幾何形狀的特性都會(huì)改變信號(hào)所受到的特性阻抗。使信號(hào)所感受到的阻抗突變?nèi)缦拢?/p>

　　1.線寬的變化；2.層轉(zhuǎn)換；3、返回路徑平面上的間隙；4.接插件5.分支線，T型線或者樁線；6.網(wǎng)絡(luò)末端。

　　體會(huì)：需要注意的是網(wǎng)絡(luò)末端和接插件，網(wǎng)絡(luò)末端可以端接一個(gè)匹配同阻抗的電阻（引出問(wèn)題為消耗額外功率，以及減少電流。電阻并接在網(wǎng)絡(luò)中，存在一個(gè)問(wèn)題即電壓為源端電壓減去傳輸線分壓。電流為源電流減去各個(gè)分支電流。如果源端為電流驅(qū)動(dòng)類(lèi)型，則有可能導(dǎo)致接收端灌電流太小，驅(qū)動(dòng)不了）接插件可以并接一個(gè)電容至地。）

　　定義：突變—令阻抗發(fā)生變化的所有特征稱(chēng)之為突變。

　　振鈴：通常認(rèn)為是因?yàn)樽杩雇蛔冊(cè)斐傻姆瓷湟鸬恼疋彙?/p>

　　1. 如果把人比喻成信號(hào)，道路比喻成傳輸線，坑洼看做特征阻抗

　　---當(dāng)人邁大步子（信號(hào)的上升時(shí)間》信號(hào)往返時(shí)間），道路上的的坑洼會(huì)被跳過(guò)，感覺(jué)不到，走的很順暢；當(dāng)人邁著小碎步（信號(hào)的上升時(shí)間《信號(hào)往返時(shí)間），道路上的坑洼則不可避免的，這時(shí)走時(shí)會(huì)遇到很大阻力

　　---當(dāng)不考慮外界干擾，如果道路保持一致（瞬態(tài)阻抗），人（信號(hào)）在道路上會(huì)保持恒定不變，如果道路出現(xiàn)坑洼（阻抗變化，中途遇到的電阻，電容，電感，過(guò)孔，PCB轉(zhuǎn)角，接插件），人（信號(hào)）在道路上速度就會(huì)發(fā)生改變（反射）

　　1.大多數(shù)高速數(shù)字系統(tǒng)中，信號(hào)上升時(shí)間約是時(shí)鐘周期的10%，即1/10x1/Fclock。例如100MHZ使中的上升時(shí)間大約是1NS.

　　2.在FR4板材上銅線條中信號(hào)速度為6in/ns（=15cm/ns）。

　　3.傳輸線的特征阻抗，只有當(dāng)信號(hào)在走線上的往返時(shí)間大于信號(hào)的上升時(shí)間才考慮。

　　3.所有與信號(hào)完整性噪聲問(wèn)題有關(guān)的效應(yīng)都應(yīng)與下面四類(lèi)特定噪聲源中的一個(gè)：

　　（1）單一網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)完整性;

　　在信號(hào)路徑或返回路徑上由于阻抗突變而引起的反射與失真。使信號(hào)感受到阻抗變化的情況。 例如振鈴問(wèn)題就是由于信號(hào)傳輸過(guò)程中感受到阻抗的變化，發(fā)生的信號(hào)反射

　?。?）兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的串?dāng)_;

　　產(chǎn)生串?dāng)_的原因：正是網(wǎng)絡(luò)間的容性耦合和感性耦合，給有害噪聲從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供了路徑

　?。?strong>3）電源和地分配中的軌道塌陷（旁路和去耦）---電感引起

　　當(dāng)通過(guò)電源和地路徑的電流發(fā)生變化時(shí)，在電源路徑和地路徑間的阻抗上將產(chǎn)生一個(gè)壓降。這個(gè)壓降就意味著供給芯片的電壓減小了，可以看做是電源與地間的電壓減小或塌陷。這就是為啥要在芯片電源旁加個(gè)電容原因

　　電感--由于電流變化產(chǎn)生的感應(yīng)電壓引起傳輸線效應(yīng)，突變，串?dāng)_，開(kāi)關(guān)噪聲，軌道塌陷，地彈和大大多數(shù)電磁干擾源（EMI）

　?。?）來(lái)自整個(gè)系統(tǒng)的電磁干擾和輻射。