信号完整性SI学习笔记_chapter5
信号完整性分析笔记(全)
在AD出Gerber的时候，在layer选项下有2个栏，Layer to Plots和Mechanical layers to Add to All Plot. 一般情况下Mechanical layers to Add to All Plot.可以不予理会，此处的意思表示需要添加到任何层面的mechanical layers出Gerber的时候，如果没有删除room，有时会提示The film is too small for this PCB.因为room 会在角落离开PCB很远，但是gerber需要包含room的信息，如果gerber时候设置的film 的大小比较小，就会有这个问题。
如果有些object实在无法寻找，而需要的object比较好选择，可以ctrl+A,然后deselect需要的object，直接del即可将无法找寻的objectdel掉用PCB Inspector批量修改pad的soldermask expansion的时候，必须先勾选soldermask override，表示可以自定义soldermask expansion在Altium Designer里面设置内层pad和via的连接的时候，需要将pad设置为thermal，而via不需要，在设置all pad thermal connect以后，需要再add一个all direct connect的rule，优先级设置低于all pad thermal connect..否则所有的via将不会被连接到内层的plane低阻抗PDS的设计要点使GND与VCC尽量靠近 / 低电感值的去耦电容 / 封装assign多个寄生电感低的VCC与GND Via/常见的电磁干扰源差分信号转化为公模信号，在外部双绞线缆上输出PCB地弹在外部单端屏蔽线上产生公模电流。
附加的噪声可以由内部产生的辐射泄露溢出屏蔽罩引起做PCB NPTH的时候，可以在mechaincal 1层做一个NPTH，选中，Tool -> Convert -> Creat Board Cutout from Select Primitives可以在PCB上做一个针对所有层的Routing Keepout（not all electronical layer）,首先在mechaincal 1 layer上做一个primitive,选中，Tool -> Convert -> Creat Cutout from Select Primitives在allegro中，框选一个封闭的line，可以compose 以line为外框的shape。
Signal Integrity信号完整性学习笔记_chapter1
参数如何影响产品性能。
1.时序 Timing3.电磁干扰 EMI原理：电压电流作为噪声传递到邻近网络，而两者相对独立。
情形：互连线均匀与不均匀（插件、封装）。
均匀平面返回路径，感性耦合与容性耦合相当，是实现最低串扰结构。
感性比容性增加噪声多。
感性耦合主导，归为开关噪声、ΔI噪声、dI-dt噪声、地弹、同时开关噪声（SSN）或者同时开关输出噪声（SSO）。
也是耦合电感，即互感造成。
解决：1.从本质出发，在设计上优化2.选介电常数较小的材料3.简短互连线，使用最小封装（CSP，Chip Scale Packege）与高密度互连线（HDI，High DensityInterconnector）3.电源与地分配的轨道塌陷原理：过电源与地的电流发生变化，在电源或地路径间阻抗上产生压降（即轨道塌陷）。
高性能CPU与ASIC趋势：低电压电源供电，高功率损耗。
大开关电流降低了可容忍噪声。
解决：设计低阻抗电源分配系统（PDS，Power Distribution System）低阻抗1.邻电源与地分配层平面介质尽可能薄，慢慢靠近2.低电感去耦电容3.封装安排多个多个很短的电源与地引脚4.片内加去耦电容4.来自系统的电磁干扰与辐射原理：电子产品谐波干扰通信，共模电流辐射的远场强度随频率线性增加、差分电流辐射的远场强度与频率的平方成正比。
常见的两种干扰源：(1)部分差分信号转共模信号，在外部双绞线输出(2)电路板上地弹在外部单端屏蔽线上产生共模电流产生辐射的大多数电压源来自电源与地的分配网络。
上一点的解决方法也适用。
解决：1.使用屏蔽方法隔离2.电缆线正确使用铁氧体3.使用低阻抗电缆信号完整性的两个重要推论一、随上升边减小，四种问题会更严重（即dI/dt或dV/dt越大）。
二、解决SI的有效办法基本就基于互联线阻抗联系。
电子产品趋势大约每两年时钟频率翻一倍。
上升边与时钟频率关系：RT：上升边，单位为nsF clock：时钟频率，单位为GHz测量的信号转换时间都为终值的10%~90%这段时间，称为10-90上升边。
集成电路设计中的信号完整性
集成电路设计中的信号完整性集成电路（IC）设计是现代电子工程的核心。
随着技术的进步，集成电路的复杂性不断增加，这给信号完整性（SI）带来了更大的挑战。
信号完整性是指信号在传输过程中保持其完整性和正确性的能力。
在集成电路设计中，信号完整性是一个至关重要的因素，因为它直接影响到系统的性能和可靠性。
信号完整性问题的产生信号完整性问题的产生主要是由于集成电路中的传输线路特性以及电磁干扰。
传输线路的特性会导致信号在传输过程中发生失真，而电磁干扰则会引起信号的噪声。
这些失真和噪声会影响到信号的质量和性能。
传输线路特性集成电路中的传输线路主要包括导线和连接器。
这些传输线路的特性会影响信号的传输。
例如，导线的电阻会导致信号的延迟，而导线的电感会导致信号的衰减。
此外，传输线路的阻抗不匹配也会引起信号的反射和衰减。
电磁干扰电磁干扰是指外部电磁场对信号的影响。
在集成电路中，电磁干扰主要来自于电源线、信号线和其他电子元件。
电磁干扰会引起信号的噪声，从而影响信号的质量和性能。
信号完整性分析的方法为了确保信号完整性，集成电路设计人员需要进行信号完整性分析。
信号完整性分析主要包括时域分析和频域分析两种方法。
时域分析时域分析是一种基于时间的方法，用于分析信号在时间上的行为。
时域分析的主要工具是示波器和信号分析仪。
通过时域分析，设计人员可以观察信号的波形，从而确定信号是否发生了失真或噪声。
频域分析频域分析是一种基于频率的方法，用于分析信号在频率上的行为。
频域分析的主要工具是频谱分析仪。
通过频域分析，设计人员可以确定信号的频率成分，从而确定信号是否受到了电磁干扰。
信号完整性设计原则为了确保信号完整性，集成电路设计人员需要遵循一些基本的设计原则。
最小化导线长度导线长度是影响信号传输延迟和衰减的主要因素。
因此，设计人员应该尽量减少导线的长度，以降低信号传输的延迟和衰减。
匹配阻抗为了减少信号的反射和衰减，设计人员应该确保传输线路的阻抗与信号源和负载的阻抗相匹配。
信号完整性基础
信号完整性基础入门手册入门手册目录信号完整性描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3数字技术和信息时代⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3逐渐增长的带宽为数字系统设计带来的挑战⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 - 4信号完整性概念回顾⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 - 8数字信号时序产生的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5隔离模拟故障⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6眼图：快速鉴定信号完整性问题的捷径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8信号完整性测量需求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 - 25使用逻辑分析仪发现逻辑信号故障⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9逻辑分析仪探头方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10使用示波器揭秘模拟信号故障⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12示波器探测解决方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16使用实时频谱分析仪进行频域分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17利用集成测量工具识别信号完整性问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19简化复杂的抖动测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20使用时域反射仪进行关键的阻抗测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22信号发生器构建完整的测试系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯262 /signal_integrity信号完整性基础信号完整性描述根据定义，“完整性”是指“完整和无损害的”。
信号完整性分析基础
周期均方根值的定义及测试方法
周期均方根值是指整个捕获波形上指定一个周期内所有点幅度 的均方根值，其单位为V或者mV；
最大值的定义及测试方法
最大值是指所捕获波形里面振幅最大点所处位置的电压值， 单位为V或者mV；
最小值的定义及测试方法
SI简介 • 理想逻辑电压波形
SI简介 • 接收端的实际波形
SI简介
• 数据采样及时序例子
数据越是复杂，里面就包含很多的二进制码，这些 二进制码将组成一连串的波形，而不是简单的一个 方波。接收端的器件就需要采样这些波形以便获取 相关的二进制信息。数字采样的过程通常是通过时 钟信号的上升沿或者下降沿来触发的，我们下面这 个图就是个简单的例子。
SI简介
• 理想逻辑电压波形
在数字系统中，信号以逻辑‘0’或者‘1’的方 式从一个器件传输到另外一个器件，信号到底是 ‘0’还是‘1’一般来说它们都是有一个参考电 平的。在接收端的输入门里面，如果信号的电压 超过高电平参考电压Vih，则该信号被识别为高逻 辑；如果信号的电压低于低电平的参考电压Vil， 则该信号就被识别为低逻辑。我们下面这个图就 是一个理想的信号。
SI 简介 • 数据采样及时序例子
SI简介 • 数据采样及时序例子
从这个图里面我们可以清楚地看到数据必须准 时到达逻辑门而且在接收端期间开始锁存前必 须确定它们的逻辑状态。任何数据的延迟或者 失真都会导致数据传输的失败。失败有两种可 能：一个是因为接收端根本就无法识别数据； 另一个是接收端虽然识别了数据，但数据因 为失真而导致错误。
时间参数的定义及测试方法
• 时间参数包括：上升时间，下降时间，正 占空比，负占空比，高电平宽度，低电平宽 度，周期，频率，延迟
信号完整性培训
tr
tf
上冲又被称为过冲。顾名思义，它指的是沿着信号边沿的跳变方向，信号波形中超出稳定的“1”或 “0”状态电平的部分。 对于上升沿，这应是从“0”到“1”的跳变，在高电平处高于逻辑电平“1” 稳定电压值的部分。 对于下降沿，这应是从“1”到“0”的跳变，在低电平处低于逻辑电平“0” 电压稳定值的部分。
NM H VOH min VIH min NM L VIL max VOL max
这里有两个噪声容限定义：NMH表示高电平状态时的噪声容限, NML表示低电平状态时 的噪声容限。
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二. 信号完整性
信号完整性讨论是为了确保可信的高速数据传输。在高速数字系统设计时，人们经 常会问到这样的问题：传输到目的地的信号是否如同人们所预期的那样？或者说：当信 号到达时是否处于良好的状态？ 信号完整性涉及到两个方面：信号波形的完整性和时序的完整性。 信号波形的完整性：
集总模型 直流模型
4.直流系统
最后，当电路进入“直流模型”的环 境时，只需一个电阻或者一个零延迟时间 的导线就足以代表电磁波的性能。
2. 一个频率为 1012 的正弦波 信号周期为1ps，数字电路根本无法响应这个频率的信号。 一些电路参数发生变化。如地线的电阻由于趋肤效应由0.01 （1KHz）变为1，并且还获得50的感应电抗。
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到底多高的频率 会影响到高速数字 电路的设计呢
？
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要点
在高速数字系统设计时，实际的数字波形必须考虑。既：要保持 信号的完整性。 信号完整性涉及到两个方面：波形完整性和时序完整性。 波形完整性要素：
信号完整性分析第五讲
当反射波返回源端时即被吸收，不再形成振铃。因此，终
端波形为 1V 的阶跃函数。
8.4
求解驱动源内阻抗
典型的 CMOS 器件，内阻在 5Ω到 20Ω之间。TTL 门的
阻抗高达 100Ω。当反射波最终到达源端时，它将源端的输
出阻抗作为瞬态阻抗。
播，同时另一个也是 1V 信号，但它向相反的方向传播。测
量开路端的电压，得到这两个电压之和，即 2V，如图 8.4
所示。
reflected ──反射
incident── 入射
measured ──测量
图 8.4 如果区域 2 是开路，则反射系数为 1。此时开路处有两个
方向相反的波相叠加
提示
经常说信号到达传输线的末端时，其值翻倍。从数值上这是正确的，可实
短路突变处测得的电压为入射电压与反射电压之和，
即 1V + -1V＝0。这是合理的，因为如果此处是严格按定义
规定的短路，短路点两侧不可能有电压差。此处电压为 0V
的原因就是它是从源端出发的正向行波和返回源端的负向
行波之和。
最后一种特殊情况是传输线末端所接阻抗与传输线的
特性阻抗相匹配。如果传输线的末端连接 50Ω电阻，则反
图 8.6 给出了 1V 入射信号在终端测得的电压值。
Voltage Across Termination, v ──终端负载两端的电压，v
Termination Impedance, Ohms ──终端阻抗，
图 8.6
1V 入射信号，终端电压值。为入射波与反射波之和
一般而言，采用源端匹配较好，为什么？假设源端不匹
(8.7)
信号完整性基础
串行端接
Rs
R
50Ω
∞Ω
一般驱动源内阻 很小，端接电阻R和 应等于传 输线阻抗50 可避免信号在源端发生反射。 串行端接是使源端电阻与传输线的特性阻抗匹配：串 行端接是匹配信号源的阻抗，所插入的串联电阻阻值加上 驱动源的输出阻抗应等于传输线的特性阻抗。
并行端接
Rs
50Ω
∞Ω
50Ω
并行端接是使负载阻抗与传输线阻抗 匹配 ，主要是在尽量靠近负载端的位置加 上拉或下拉电阻以实现终端的阻抗匹配 。
Setup Time & Hold Time
Data Clock
Setup Time
Hold Time
建立保持时间
建立时间（Setup Time）是指触发器的 建立时间（Setup Time）是指触发器的 时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的 时间，如果建立时间不够，数据将不能在这 个时钟上升沿被打入触发器。 保持时间（ Hold Time ）是指触发器的 时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的 时间。如果保持时间不够，数据同样不能被 打入触发器。
欠阻尼 临界阻尼
过阻尼
Ringing（振铃） Ringing（振铃）
High Threshold
Low Threshold
多次跨越逻辑电平，易造成误触发。造成原 因主要有：传输线过长、串扰、阻抗不匹配、 电感量过大等。
Overshoot、Undershoot& Overshoot、Undershoot& Ringback
示波器探头的负载效应
阻性负载：观测到的信号幅度和直流偏 置发生了变化，电路的实际情况发生了改 变。建议： 探头电阻R>10倍DUT源电阻。 探头电阻R>10倍DUT源电阻。 容性负载：使信号上升时间减缓，带宽 减小，传输延迟增加。建议：使用电容尽 量小的探头，以减小对被测信号上升时间 的影响。 感性负载：因为探头地线的电感效应， 增加显示信号的振铃，因为振铃的出现， 可能导致测试误差。建议：使用尽量短的 地线，且减小环路面积。
信号完整性问题概述 信号完整性问题概述
查看文章信号完整性分析2009-06-08 10:32信号完整性问题概述信号完整性（Signal Integrity ，简称SI ）是指信号在电路中以正确对信号线上信号质量的描述。
如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC ，反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。
信号完整性问题主要表现为5个方面：延迟、反射、串扰、同步切换mass_ping的空间延迟——延迟是指信号在PCB板的导线上以有限的速度传输，信号从在一个传输延迟。
信号的延迟会对系统的时序产生影响，在高速数字系的长度和导线周围介质的介电常数。
反射——当PCB板上导线(高速数字系统中称为传输线)的特征阻抗与收端后有一部分能量将沿着传输线反射回去，使信号波形发生畸变，如果在传输线上来回反射，就会产生振铃和环绕振荡。
串扰——由于PCB板上的任何两个器件或导线之间都存在互容(mutua 件或一根导线上的信号发生变化时，其变化会通过互容和互感影响其度取决于器件及导线的几何尺寸和相互距离。
同步切换噪声——当PCB板上的众多数字信号同步进行切换时(如CPU 于电源线和地线上存在阻抗，会产生同步切换噪声，在地线上还会出和地弹的强度也取决于集成电路的IO特性、PCB板电源层和地平面层布局和布线方式。
电磁兼容性——同其它的电子设备一样，PCB也有电磁兼容性问题布线方式有关。
为什么要做信号完整性分析过去，在系统时钟低于50MHz的电路板设计中，信号完整性(SI)问题修改就可消除SI问题或将其影响降至最低。
但是随着集成电路输出开关信号完整性已经成为高速数字PCB设计必须关心的问题之一。
元器件和上的布局、高速信号的布线等因素，都会引起信号完整性问题，导致系作。
越来越多的设计工程师发现SI问题的成因不仅仅是高速设计。
真正的而是驱动器上升和下降时间的缩短。
随着工艺技术的进步及IC制造商们所生产的标准元件具有更小的裸片尺寸和越来越快的边缘速率。
信号完整性背诵版
1、导致信号上升沿退化的原因有哪些1)当信号沿着有损线传输时，高频分量的幅度减小而低频分量的幅度不变。
由于这种选择性的衰减导致信号的带宽降低，造成信号上升边退化；2)耦合到临近线上造成的损耗会引起信号上升边的退化；3)即使是无损传输线，阻抗突变也会导致上升边的退化；4)传输线突变，信号反射引起上升边退化5)高频信号被反射回到源端，最终由终端电阻或源端驱动器阻抗吸收和损耗，从而引起上升边退化；6)有损传输线中存在色散，高频分量比低频分量传输速度快，上升沿不同的频率成分传输速度不同，引起上升边退化；7)在传输线中，介质的偶极子吸收信号的能量而引起信号在远端衰减，这些能量并不能使底板变得很热，但它足以引起上升边的退化，频率越高，交流漏电导率就越高，介质中的功率损耗也就越高。
（当信号沿着传输线传播时，接收端有五种方式的能量损耗：辐射损耗(EMI)；耦合到邻近的线条上串扰；阻抗不匹配引起的反射；导线损耗；介质损耗。
其中耦合到邻近线上的损耗很重要，它将引起信号上升边的退化。
）2、为什么减少EMI要控制振铃现象？振铃是由源端和远端的阻抗突变、两端之间不断往复的多次反射引起的，所以，如果能至少在一端消除反射，就可以减小振铃噪声。
当信号在传输线的时延高于信号上升沿的20%时，信号中就会出现明显的振铃现象。
有振铃的带宽明显高于没有振铃时的带宽。
此时，各次谐波的幅度会下降的很快，但同时各次谐波的辐射能力会很快的上升，会造成很大的电磁干扰。
信号在传输线上传输时，当源内阻小于传输线的特性阻抗时，源端出现负反射，高阻抗远端将会出现正反射，从而导致信号在传输线上多次反射，在远端会出现振铃现象。
振铃现象会产生高频信号，当振铃频率高于原始信号带宽时，信号的带宽会被附加的振铃高频信号拓宽，更高频成份的出现一般会提高辐射的等级，而且振铃现象还可能会使高频分量的幅度增加，这将使其辐射的幅度也大大增加。
所以减少EMI要控制振铃现象。
3、详细描述一下串扰的机制串扰是指有害信号从一个网络转移到相邻网络。
信号完整性基础知识_信号完整性终稿_张士贤编写(doc X页)
信号完整性基础知识_信号完整性终稿_张士贤编写（doc X页）信号完整性基础知识张士贤编写中兴通讯上海第一研究所信号完整性基础知识前言近年来，通讯技术、计算机技术的发展越来越快，高速数字电路在设计中的运用越来越多，数字接入设备的交换能力已从百兆、千兆发展到几十千兆。
高速数字电路设计对信号完整性技术的需求越来越迫切。
在中、大规模电子系统的设计中，系统地综合运用信号完整性技术可以带来很多好处，如缩短研发周期、降低产品成本、降低研发成本、提高产品性能、提高产品可靠性。
数字电路在具有逻辑电路功能的同时，也具有丰富的模拟特性，电路设计工程师需要通过精确测定、或估算各种噪声的幅度及其时域变化，将电路抗干扰能力精确分配给各种噪声，经过精心设计和权衡，控制总噪声不超过电路的抗干扰能力，保证产品性能的可靠实现。
为了满足中兴上研一所的科研需要，我们在去年和今年关于信号完整性技术合作的基础上，克服时间紧、任务重的困难，编写了这份硬件设计培训系列教材的“信号完整性”部分。
由于我们的经验和知识所限，这部分教材肯定有不完善之处，欢迎广大读者和专家批评指正。
本教材的对象是所内硬件设计工程师，针对我所的实际情况，选编了第一章——导论、第二章——数字电路工作原理、第三章——传输线理论、第四章——直流供电系统设计，相信会给大家带来益处。
同时，也希望通过我们的不懈努力能消除大家在信号完整性方面的烦脑。
在编写本教材的过程中，得到了沙国海、张亚东、沈煜、何广敏、钟建兔、刘辉、曹俊等的指导和帮助，尤其在审稿时提出了很多建设性的意见，在此一并致谢～张士贤2000年10月31日1 ZTE中兴信号完整性基础知识术语、符号和缩略语术语1(信号完整性(Signal Integrity)信号完整性是指信号在信号线上的质量。
信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候具有所必需达到的电压电平数值。
2(传输线(Transmission Line)传输线是一个网络(导线)，并且它的电流返回到地或电源。
信号与信号完整性SignalIn...
高速数字系统设计2006年3月10日第一章基本知识1-1 信号与信号完整性（Signal Integrity）1-2 频率与时间1-3 时间与距离1-4 集总系统与分布系统1-5 -3dB频率与上升时间1-6四种电抗1-7高速数字系统中的电阻、电容和电感元件中国科大快电子学安琪21-7高速数字系统中的电阻、电容和电感元件1. 电阻元件2. 电容元件3. 电感元件中国科大快电子学安琪3中国科大快电子学安琪4电阻元件电阻器的直流等效电路R c R oR c R i 1R i 2R c R o R cR i 电阻器是由一些电阻、电感和电容分量构成的复杂阻抗系统，其电参数是频率的函数。
电阻器电阻体的电阻R o 。
电阻器电阻体与引出线之间的接触电阻。
绝缘基体的分路电阻R i 1和保护层的分路电阻R i 2 为了简化电路，可用一个绝缘分路电阻R i 代替两个电阻R i 1和R i 2 总的等效电阻为：iC R R R R //20+=中国科大快电子学安琪5电阻器的交流等效电路电阻器的交流等效电路R L CL j C j R Z ωω+=1//R C高阻值电阻器等效C j R Z ω1//=R L低阻值电阻器等效Lj R Z ω+= 非线绕电阻器中国科大快电子学安琪6Cj L j R Z ωω1//）（+= 线绕电阻器R LCRC R L －=τ时间常数：时间常数τ越小越好。
电阻器的主要种类薄膜电阻器金属膜电阻金属氧化膜电阻碳膜电阻合金型电阻器线绕电阻器块合金型电阻器表贴电阻器中国科大快电子学安琪7电阻器分类特性中国科大快电子学安琪8电阻排分类特性中国科大快电子学安琪9中国科大快电子学安琪10电阻器的主要参数电阻器的阻值：频率和温度的函数电阻温度系数：温度每变化1度时阻值的相对变化。
其中：R 1和R 2分别为温度t 1和t 2的阻值。
电阻器的噪声热噪声：白噪声。
电阻器的额定功率f KTR e T ∆=42dt dR R 1=τα)/1(1012121C t t R R R c −−⋅=αK: 波尔兹曼常数T: 热力学温度中国科大快电子学安琪11电阻器的选用使用金属膜或氧化膜电阻，绝对不用线绕电阻。
信号完整性
信号完整性信号完整性研究：什么是信号完整性如果你发现，以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了，同样的设计，以前没问题，可是现在却无法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件设计中最核心的问题：信号完整性。
早一天遇到，对你来说是好事。
在过去的低速时代，电平跳变时信号上升时间较长，通常几个ns。
器件间的互连线不至于影响电路的功能，没必要关心信号完整性问题。
但在今天的高速时代，随着IC 输出开关速度的提高，很多都在皮秒级，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。
另外，对低功耗追求使得内核电压越来越低，1.2v内核电压已经很常见了。
因此系统能容忍的噪声余量越来越小，这也使得信号完整性问题更加突出。
广义上讲，信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。
主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。
信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。
即使布线拓扑结构没有变化，如果采用了信号上升时间很小的IC芯片，现有设计也将处于临界状态或者停止工作。
下面谈谈几种常见的信号完整性问题。
反射：图1显示了信号反射引起的波形畸变。
看起来就像振铃，拿出你制作的电路板，测一测各种信号，比如时钟输出或是高速数据线输出，看看是不是存在这种波形。
如果有，那么你该对信号完整性问题有个感性的认识了，对，这就是一种信号完整性问题。
很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个小电阻，至于为什么，他们中很多人都说不清楚，他们会说，很多成熟设计上都有，照着做的。
或许你知道，可是确实很多人说不清这个小小电阻的作用，包括很多有了三四年经验的硬件工程师，很惊讶么?可这确实是事实，我碰到过很多。
其实这个小电阻的作用就是为了解决信号反射问题。
而且随着电阻的加大，振铃会消失，但你会发现信号上升沿不再那么陡峭了。
信号完整性复习
第一章概论狭义得信号完整性（SI），就是指信号电压（电流）完美得波形形状及质量。
广义得信号完整性（SI），指在高速产品中，由互连线引起得所有信号电压电平与电流不正常现象，包括：噪声、干扰与时序等。
由于物理互连造成得干扰与噪声，使得连线上信号得波形外观变差，出现非正常形状得变形，称为信号完整性被破坏。
信号完整性问题就是物理互连在高速情况下得直接结果。
信号完整性强调信号在电路中产生正确响应得能力。
信号无失真：信号经过一个系统后，各个参数被等比例地放大或缩小。
高速得含义：（严格地，高频不一定高速，低频也不一定低速）当系统中得数字信号得上升边小于1ns或时钟频率超过100MHz时，我们称之为高速运行。
物理互连得电阻、电容、电感与传输线效应影响了系统性能。
作者Eric将后果归结为四类SI问题：反射(reflection)；串扰(crosstalk)；电源噪声（同步开关SSN、地弹、轨道塌陷）；电磁干扰(EMI)。
反射(reflection)就是指传输线上有回波。
信号功率（电压与电流）得一部分经传输线上传输到负载端，但就是有一部分被反射回来形成振铃（ringing），振铃就就是反复出现过冲与下冲。
（过冲就是指第一个峰值或谷值超过设定电压；下冲类似）。
振铃现象实际上就是由阻抗突变产生得反射引起得。
减小阻抗突变问题得方法就就是让整个网络中得信号所感受得阻抗保持不变当信号从驱动源输出时，构成信号得电流与电压将互连线瞧做一个阻抗网络。
当信号沿网络传播时，它不断感受到互连线引起得瞬态阻抗变化。
如果信号感受到得阻抗保持不变，则信号就保持不失真。
一旦阻抗发生变化，信号就会在变化处产生反射，并在通过互连线得剩余部分时发生失真。
如果阻抗改变得程度足够大，失真就会导致错误得触发。
串扰crosstalk)就是指两个不同得电性能网络之间得相互作用。
通常，每一个网络既产生串扰，也会被干扰。
电源噪声主要指同步开关噪声（SSN）。
地弹就是返回路径中两点之间得电压，它就是由于回路中电流变化而产生得。
伯格丁信号完整性-学习笔记
写在前言：作为一个还在layout门口徘徊的小虾米，贸然记录自己的学习想法是可笑的。
但每个人并不是出生就会成为大神。
只不过有的人天分好，机遇也把握得当，在相对短的时间内，成为万众瞩目的高手。
很可惜本人天生愚钝，机遇又很差，在毕业后的三年里浑浑噩噩的憧憬自己的人生，做着自己不喜欢的工程，每天跟着工程队奔波在广阔的祖国大地。
不经意在工作的最后阶段接触到PCB设计。
对于没有耐心和毅力的我，突然感觉这才是我的人生方向，因为突然发现在绘制板图的时候，我可以很有耐心的拉扯每一条线，呵呵难道这一条条显示屏上的线便是我的命运之线么？如饥似渴的读完买回来的书，又囫囵吞枣的大致看了两遍。
感觉到一个人的学习是空虚乏味的，于是想在咱们论坛与各位同我一样，还趴在门缝里仰慕者殿堂中的大神的新手们共同体会我的学习体会。
本人至今自学，没有老师带路，言语中的偏差错误，望各位高手给予我醍醐灌顶的指正。
在此感谢Eric Bogatin 感谢国内的翻译者李玉山、李丽平等，是他们让我趴在SI的门缝，让我有机会一窥我的成神目标。
让论坛记录成神的历程吧！哈哈有些夸口，目标定的太高，大家勿笑。
我的第一本SI教材：Signal integrity:simplified(信号完整性讲义)也是我目前唯一学习过的教材。
废话不多说，直接上酸菜！信号完整性问题十个基本准则：前三个为设计理念，后八个为设计思路。
影响研发进度并造成产品产品交货推迟，就是企业付出的最昂贵代价。
体会：在论坛中常常争论，是质量重要还是工期重要！我认为都重要，所有的工程都是一个平衡过程，而不是单单一种。
质量固然重要，但最重要的是适应性，因为整个工业流程中并不仅仅只是画线路板，最终交到消费者手里才是完整的工艺流程。
如果仅仅是为了吹毛求疵而耽误了工期，那么整个工业流程都会耽误。
导致产品上市时间推迟，损失不可计量。
但为了赶工期，而设计出不合格的产品，那么只能说设计者能力不够。
或者这家公司没有这个实力在行业内生存。
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信号完整性分析chapter.5 电容的物理基础
电容中电流的流动
电容两端只有电压改变才会有电流流过电容器。
其中
真空间的等效电流，被麦克斯韦称为位移电流。
球面电容
计算同心球面间的电容
其中
当外球面大于内球面直径10倍（近似处理）
平行板电容的近似
平行板电容器非常常见，电容量为：
其中
导体间距越大电容值越小，导体重叠面积越大电容值越大。
介电常数
导体间的绝缘材料会增它们之间的电容，这一材料特性称为相对介电常数。
空气是相对值，大小为1，由于是比值，没有量纲，并且常省略“相对”两字。
只与材料有关，与电容形状无关。
定义如下：
其中
常用的绝缘材料介电常数值表
电源、地平面和去耦电容
平行板电容器近似的重要的一个应用是分析IC或多层印制电路板中电源和地平面间的电容量。
为减小电源分布系统中轨道塌陷，常在电源与地之间加去耦电容，在一定时间δt内，电容C可以阻止电源电压下降，若芯片功率损耗为P，则由于去耦电容，电压下降量达5%时的时间近似为
其中
1W功率损耗，时间5us，电压取3.3V，那么去耦电容要10uF。
在多层板中，电源平面与地平面相邻，可以估计两平面间每平方英寸面积电容：
其中
经计算实例，1平方英寸电容，约100pF，远低于之前需求计算的10uF。
另外集成芯片内的电容逗比这个大100倍以上，因此需要额外加去耦电容。
电源与地平面的作用是为了提供低电感路径。
当然，若电介质足够薄且介电常数足够大，则电源与地平面间的电容可以设计到很大。
单位长度电容
信号路径与返回路径的电容：（模型参考chapter 7 传输线）
其中
对于基于横截面的单位长度电容，对3种横截面有精确近似
1. 同轴型
其中
2. 双圆杆型
其中
若杆间距离远大于半径（S>>r），公式可以简化为：
3. 圆杆—平面型
其中
还有其他两种对电路板互连线中常见横截面的近似（微带线和带状线）
对以上两种类型，印刷电路板工业协会（IPC）有推荐近似：
4. 微带线
其中
5. 带状线
其中
经验法则： b=2w时，即为FR4板上50Ω传输线，单位长度电容约3.5pF/in
二维场求解器
为精确计算两导体间单位长度电容，就可能需要用到二维场求解器。
二维场求解器是把导体的几何结构作为边界条件，对拉普拉斯方程和其中一个麦克斯韦方程进行求解。
求解中，导体上电压设为1V，从空间电场求解，计算导体电荷。
二维场求解器最大误差不超过1%，近似精度大概能达到5%。
比较二维场求解器与微带线近似，
还是非常明显的看出，二维场求解的圆点和微带线近似的结果随线宽会有一些出入。
场求解器的另一个优点就是能考虑到二阶效应的影响，其中重要的效应就是线条厚度的增加对微带线单位长度电容的影响。
当导体周围介质材料分布不均匀时，作用更为明显。
有效介电常数
如果导体的横截面倍介质完全包裹，位于导体间的电力线就会受到相同的介电常数。
空气与填充部分组合，出现有效介电常数的概念，
使用二维场求解器精确计算出两种情况下电容，得到有效介电常数。
以微带线为例：
若在微带线顶部加上介质，称嵌入微带线；仅有部分电力线穿过介质，则称部分嵌入微带线，如阻焊层；所有电力线穿过介质的全嵌入微带线。
覆盖介质厚度对单位长度电容也会有影响
近似可得，完全覆盖边缘场，覆盖厚度约为线宽。