什么是信號完整性呢？

什么是信號完整性呢？

信號完整性（Signal Integrity，SI），也就是我們通常所說的信號質(zhì)量。隨著信號速率的提高，數(shù)字信號的傳輸已經(jīng)不能只考慮邏輯上的實(shí)現(xiàn)，而要考慮如何能夠使接收器件接收到正確的信號波形。聽起來很簡單，信號完整性就是研究怎樣使信號能夠在驅(qū)動器和接收器之間正確傳輸?shù)囊婚T學(xué)問。但其包含的內(nèi)容卻非常廣泛，并且隨著電子、通信技術(shù)的發(fā)展不斷向其它學(xué)科領(lǐng)域擴(kuò)展延伸，不僅包含電路、傳輸線理論，還涉及到電磁場理論，同時和電磁兼容也有密切的關(guān)系。

通常所說的信號完整性一般包含兩個方面：一方面研究信號的傳輸，如何優(yōu)化信號的傳輸路徑使接收端的芯片能夠獲得正確的波形；另一方面研究電源的供應(yīng)，即如何為芯片穩(wěn)定工作提供穩(wěn)定、低噪聲的電源，即電源完整性（Signal Integrity，PI）。

廣義的信號完整性，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：

• 時序：時鐘信號與數(shù)據(jù)信號的偏差導(dǎo)致信號不能被時鐘正確采集；

• 電磁輻射、電磁干擾等外界的干擾讓電路板工作異常；

• 損耗衰減：信號的傳輸通道存在損耗，到接收端已經(jīng)衰減到接收芯片接收閾值以下；

• 開關(guān)噪聲：多個信號線的同步翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致地彈、電源反彈，減小信號噪聲和時序裕量；

• 串?dāng)_：布線不合理導(dǎo)致相鄰信號之間的干擾；

• 信號振鈴、過沖：阻抗不匹配或者驅(qū)動能力過強(qiáng)導(dǎo)致接收信號上存在過沖和振鈴；

• 邊沿非單調(diào)性：時鐘信號的邊緣非單調(diào)性，導(dǎo)致時鐘不能正確采樣數(shù)據(jù)。

• 。。。。。。。

  信號完整性分析就是應(yīng)用傳統(tǒng)的電路、傳輸線、電磁學(xué)、信號與系統(tǒng)等學(xué)科理論，解決上述電路設(shè)計(jì)中互連線引起的問題。

說得再直白一些，信號完整性就是研究如何讓驅(qū)動芯片發(fā)出的信號經(jīng)過傳輸通道被接收芯片正確接收的學(xué)問。

從這個直白的描述中，我們不難看出信號完整性包含了三個要素：

1. 信號：是被傳輸?shù)闹黧w，我們首先要了解、熟悉信號的特性。
2. 芯片：分為驅(qū)動芯片和接收芯片，信號完整性工程師就是要實(shí)現(xiàn)信號在驅(qū)動芯片和接收芯片之間的正確傳輸。
3. 傳輸通道：是傳輸信號的介質(zhì)，是信號所走的“路”。如何實(shí)現(xiàn)信號的正確傳輸呢？那就要信號完整性工程師為信號“修路”、“搭橋”。

路修不好，信號就不能被接收芯片正確接收了。

對于板級的信號完整性分析來說呢，拿到了驅(qū)動和接收芯片的IBIS（或spice等）模型，主要工作就是設(shè)計(jì)信號的傳輸通道為信號修路、搭橋，讓信號能夠順利的無失真的由驅(qū)動芯片發(fā)出到達(dá)接收芯片。（芯片的信號完整性分析，還需要對芯片和封裝內(nèi)的信號通道進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里先只講板級，后面也會涉及到封裝的信號完整性內(nèi)容。）

由于產(chǎn)品的形態(tài)不同，信號的傳輸通道是多種多樣的，如下僅列出了集中形式。當(dāng)然，還有很多種形式比如線纜傳輸、光纖傳輸?shù)鹊?，這里就不再一一列舉。

這一期，我先給大家介紹了信號完整性的概念，下面我大概列了一個提綱后續(xù)會按照這個提綱進(jìn)行講解。其中，“信號完整性的挑戰(zhàn)”一帶而過；，“信號完整性分析方法”會在大體介紹，然后再結(jié)合具體問題具體分析；信號完整性的“三要素”尤其是傳輸通道將是重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。

信號完整性分析方法。

信號完整性三要素：