信號(hào)完整性系列之信號(hào)完整性簡(jiǎn)介

本文主要介紹信號(hào)完整性是什么，信號(hào)完整性包括哪些內(nèi)容，什么時(shí)候需要注意信號(hào)完整性問(wèn)題？

信號(hào)完整性是指高速產(chǎn)品設(shè)計(jì)中由互連線引起的所有問(wèn)題。包括以下幾部分：
? 時(shí)序
? 噪聲
? 電磁干擾（EMI）

數(shù)據(jù)采樣過(guò)程通常是由時(shí)鐘信號(hào)的上升或者下降沿來(lái)觸發(fā)的。數(shù)據(jù)必須及時(shí)的到達(dá)接收端并且在接收器件開(kāi)始鎖存之前穩(wěn)定為一個(gè)非模糊的邏輯狀態(tài)。任何數(shù)據(jù)的延遲或者波形的畸變將導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖　r(shí)序是高速系統(tǒng)的一切，信號(hào)時(shí)序取決于信號(hào)傳播的物理長(zhǎng)度引起的延遲，同時(shí)取決于抵達(dá)閥值時(shí)波形的形狀。信號(hào)波形畸變的原因可能有很多的原因。主要的包括建立時(shí)間Tsu、保持時(shí)間Th、輸出延時(shí)Tco、電路的線延遲Tdelay、時(shí)鐘延時(shí)Tpd等。

噪聲問(wèn)題具體來(lái)說(shuō)有很多種形式，例如：振鈴、反射、近端串?dāng)_、開(kāi)關(guān)噪聲、非單調(diào)性、地彈，電源反彈、衰減、容性負(fù)載、靈敏度、有損線等等。

與噪聲有關(guān)的問(wèn)題都可以從以下四個(gè)方面考慮：

? 單一網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的完整性：在一個(gè)信號(hào)的信號(hào)路徑和返回路徑上由于阻抗突變引起的反射與失真。

? 兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的串?dāng)_：多個(gè)信號(hào)通路之間耦合的互電容、互電感。

? 電源和地分配中的軌道塌陷：電源和地網(wǎng)絡(luò)中的阻抗壓降。

? 來(lái)自整個(gè)系統(tǒng)的電磁干擾輻射：來(lái)自元件、系統(tǒng)、外界的電磁干擾。

針對(duì)第一種情況，由于互聯(lián)線的阻抗發(fā)生變化，導(dǎo)致反射和失真（包括阻抗突變、反射、振鈴、ISI、時(shí)序等），解決的方法是：

? 使用均勻傳輸線；

? 進(jìn)行阻抗匹配。

針對(duì)第二種情況，由于兩個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)之間的互容和互感引起容性耦合和感性耦合，而其中感性耦合占主導(dǎo)作用，對(duì)于感性耦合主導(dǎo)的噪聲，我們常常把這種串?dāng)_歸為開(kāi)關(guān)噪聲、△I噪聲、dI-dt噪聲、地彈、同步開(kāi)關(guān)噪聲（SSN）、同步開(kāi)關(guān)輸出噪聲（SSO）。減小信號(hào)之間的串?dāng)_的方法如下：

? 采用介電質(zhì)常數(shù)比較小的材料；

? 減小互連線的長(zhǎng)度，互連線越長(zhǎng)，串?dāng)_越嚴(yán)重；

? 增加線之間的距離。

只要存在兩個(gè)電路，就會(huì)由于互容，一個(gè)電路的電壓產(chǎn)生電場(chǎng)，影響另一個(gè)電路；只要存在兩個(gè)電流回路，就會(huì)有互感，一個(gè)回路的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，影響另一個(gè)回路。

針對(duì)第三種情況，由于電壓越來(lái)越低，功耗越來(lái)越大，電源噪聲容限越來(lái)越小。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要求電源阻抗低，地阻抗低，電源和地之間的阻抗低！所謂的低阻抗，在低頻時(shí)取決于電源線的電感，中頻時(shí)取決于板級(jí)的旁路電容，高頻時(shí)取決于片內(nèi)的分布電容陣列。

具體的方法是：

? 相鄰電源和地分配層平面的的介質(zhì)應(yīng)該盡可能的薄，以使它們緊緊地靠近；

? 低電感的去耦電容；

? 封裝時(shí)安排多個(gè)很短的電源和地引腳；

? 片內(nèi)加去耦電容。

針對(duì)第四種情況，電磁干擾問(wèn)題有三個(gè)方面：噪聲源、傳播路徑和天線。電磁干擾的強(qiáng)度和頻率正相關(guān)，對(duì)于共模信號(hào)，電磁干擾強(qiáng)度和頻率成正比。對(duì)于差模信號(hào)，電磁干擾強(qiáng)度和頻率的平方成正比。

產(chǎn)生輻射的電壓源大多數(shù)來(lái)自電源分配網(wǎng)絡(luò)（由于PDN是電路板上最大的導(dǎo)體，因此也是最容易發(fā)射及接收噪聲），因此減少軌道塌陷也能降低輻射。

解決的方法從如下三個(gè)方面入手：

? 首先從電路設(shè)計(jì)的角度解決；

? 其次從接口濾波的角度阻隔；

? 最后才從屏蔽的角度規(guī)避。

以上就是針對(duì)信號(hào)完整性的一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，詳細(xì)的內(nèi)容以及分類方法各不相同，但具體問(wèn)題的解決方法大都是相通的。

來(lái)源： 硬件助手

審核編輯 黃昊宇