信号完整性
信号完整性常用的三种测试方法
信号完整性常用的三种测试方法信号完整性是指在传输过程中信号能够保持原始形态和准确性的程度。
在现代高速通信和数字系统中，信号完整性测试是非常重要的工作，它能够帮助工程师评估信号的稳定性、确定系统的极限速率并发现信号失真的原因。
下面将介绍三种常用的信号完整性测试方法。
一、时域方法时域方法是信号完整性测试中最常见和最直观的方法之一、它通过观察信号在时间轴上的波形变化来评估信号的完整性。
时域方法可以检测和分析许多类型的信号失真，如峰值抖动、时钟漂移、时钟分布、幅度失真等。
时域方法的测试设备通常包括示波器和时域反射仪。
示波器可以显示信号的波形和振幅，通过观察波形的形状和幅度变化来判断信号完整性。
时域反射仪可以测量信号在传输线上的反射程度，从而评估传输线的特性阻抗和匹配度。
二、频域方法频域方法是另一种常用的信号完整性测试方法。
它通过将信号转换为频域表示，分析信号的频谱分布和频率响应来评估信号完整性。
频域方法可以检测和分析信号的频谱泄漏、频谱扩展、频率失真等。
频域方法的测试设备通常包括频谱分析仪和网络分析仪。
频谱分析仪可以显示信号的频谱图和功率谱密度，通过观察频谱的形状和峰值来评估信号完整性。
网络分析仪可以测量信号在不同频率下的响应和传输损耗，从而评估传输线的频率响应和衰减特性。
三、眼图方法眼图方法是一种特殊的信号完整性测试方法，它通过综合时域和频域信息来评估信号的完整性。
眼图是一种二维显示，用于观察信号在传输过程中的失真情况。
眼图可以提供信号的时钟抖动、峰值抖动、眼宽、眼深、眼高等指标。
眼图方法的测试设备通常包括高速数字示波器和信号发生器。
高速数字示波器可以捕捉信号的多个周期，并将其叠加在一起形成眼图。
通过观察眼图的形状和特征，工程师可以评估信号的稳定性和传输质量。
总结起来，时域方法、频域方法和眼图方法是常用的信号完整性测试方法。
它们各自具有独特的优势和适用范围，可以互相协作来全面评估信号的完整性。
在实际应用中，根据具体需求和测试对象的特点，选择合适的测试方法是非常重要的。
信号完整性不好的原因
信号完整性不好的原因1.信号传输介质的质量不佳：信号传输介质如电缆或光纤等，如果质量不佳或老化严重，会导致信号衰减、干扰、失真等问题，从而影响信号的完整性。
例如，电缆中的绝缘层损坏或老化会导致信号泄露，降低信号完整性。
2.杂散干扰：设备周围的电磁场干扰、辐射噪声、接地问题等都可能导致信号的杂散干扰。
这些干扰源可以是其他设备、电源线或磁场等，它们在信号传输的过程中引入了附加噪声，从而破坏信号的完整性。
3.传输距离过长：信号传输的距离过长会引起信号衰减，尤其是高频信号更为明显。
当信号到达接收端时，由于衰减导致的信号失真可能使其无法被正确解码或识别。
4.多径传播：在无线传输中，由于反射、折射等现象造成的多路径传播会使接收端收到多个不同的信号，其中包含有关同一信号的多个副本。
这些副本可能存在路径衰减、相位错位等问题，导致信号的完整性受到破坏。
5.时钟同步问题：在一些应用中，特别是在高速数据传输中，时钟同步是至关重要的。
如果发送端和接收端的时钟不同步，可能会导致数据的传输速率不匹配，从而影响信号的完整性。
6.设计不当：信号完整性问题也可能源于设计不当。
例如，布线设计不合理、信号层与电源层的绕线布局不当、接地布局不恰当等，都可能导致信号互相干扰，从而降低信号完整性。
7.温度和湿度变化：环境因素如温度和湿度的变化可能导致信号传输介质的物理性质发生变化，从而影响信号的传输质量。
例如，高温环境会导致电缆中的电阻值增加，从而影响信号传输的完整性。
为了提高信号的完整性，可以采取以下措施：1.使用高质量的信号传输介质：选择品质良好、适用于特定应用场景的电缆、光纤等信号传输介质。
2.使用合适的屏蔽方式：对于存在干扰问题的信号传输，可以采用合适的屏蔽方式，如使用屏蔽电缆、增加屏蔽层等来降低干扰。
3.设备的正确接地：良好的接地可以减少干扰引入和信号回流，提高信号的完整性。
4.选择合适的传输距离：避免信号传输距离过长，适当增加信号放大器或中继设备。
信号完整性分析
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信号完整性分析在高速数字系统中 的应用
信号完整性分析在数字信号处理系 统中的应用
高速数字接口设计
应用场景：高速数字接口设计是信号完整性分析的重要应用场景之一
设计目标：保证信号传输的稳定性和可靠性
设计挑战：高速数字接口设计面临着信号传输速度、信号完整性、信号干扰等问题
建立信号完整 性分析的数学 模型
验证模型的准 确性和可靠性
优化模型，提 高分析结果的 准确性和可靠 性
仿真分析
仿真模型搭建：根 据实际电路搭建仿 真模型
仿真参数设置：设 置仿真参数，如频 率、阻抗等
仿真结果分析：分 析仿真结果，如信 号质量、时延等
仿真优化：根据仿 真结果进行优化， 如调整电路参数、 增加滤波器等
结果解读与优化建议
结果解读：根据分析结果，判断信号的完整性 优化建议：针对分析结果，提出针对性的优化方案 实施方案：根据优化建议，制定实施计划并执行 效果评估：对优化后的信号进行再次分析，评估优化效果
信号完整性分析的 应用场景
高速数字系统设计
信号完整性分析在数字电路设计中 的应用
信号完整性分析在数字通信系统中 的应用
信号完整性分析的 流程
确定分析目标
确定信号完整性分析的目标， 如提高信号传输质量、降低信 号干扰等
确定分析的范围，如系统级、 模块级、芯片级等
确定分析的指标，如信号传输 延迟、信号抖动、信号失真等
确定分析的方法，如仿真分析、 实验验证等
建立模型
确定信号完整 性分析的目标 和需求
收集和分析信 号完整性相关 的数据
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信号完整性分析
汇报人：
电路设计中的信号完整性SI问题分析与解决
电路设计中的信号完整性SI问题分析与解决引言：在现代电子设备中，信号完整性是一个至关重要的问题。
由于信号的传输速度越来越高，信号完整性问题变得尤为突出。
本文将分析信号完整性（Signal Integrity，简称SI）问题在电路设计中的重要性，并介绍一些常见的SI问题及其解决方法。
一、信号完整性的重要性信号完整性是指在信号传输过程中保持信号波形的准确性和完整性，确保信号的正确传递和解读。
如果信号受到干扰、衰减或失真，可能会导致数据的错误传输或丢失。
这对于各种电子设备，尤其是高速数据传输的系统来说，都是一项极其重要的考虑因素。
二、常见的SI问题1. 反射干扰反射干扰是信号在多个传输线之间传播时产生的一种干扰现象。
当信号到达传输线末端时，一部分信号能够反射回来，与输入信号相叠加，引起波形失真。
这种干扰主要由于阻抗不匹配引起。
2. 串扰干扰串扰干扰是指在多条相邻的传输线上，信号在传输过程中相互影响的现象。
这种干扰主要由于电磁场相互耦合引起，导致信号波形失真，降低信号质量。
3. 时钟抖动时钟抖动是指时钟信号在传输中出现的随机时移现象。
时钟抖动可能导致时序错误，使系统无法正确同步，进而影响整个系统的性能。
三、SI问题的解决方法1. 降低阻抗不匹配为了解决反射干扰问题，可以通过匹配传输线和负载的阻抗，减少信号反射。
采用合适的终端电阻，可以使信号在传输线上的反射最小化。
2. 优化布线方式在设计电路板布线时，应尽量避免传输线之间的相互干扰。
合理安排和分隔传输线的布局，使用屏蔽层和地平面层等技术手段，可有效减少串扰干扰。
3. 使用信号完整性分析工具借助信号完整性分析工具，可以模拟和分析信号在电路板上的传输过程，帮助发现潜在的SI问题。
通过调整设计参数，优化电路板布线，可以提前预防并解决SI问题。
4. 时钟校准技术对于时钟抖动问题，可以采用时钟校准技术来调整时钟信号的时序和相位。
通过使用高精度的时钟源和时钟校准电路，可以有效减少时钟抖动带来的问题。
《信号完整性培训》课件
信号完整性仿真软件介绍
仿真软件的种类与功能
单击添加标题
信号完整性仿真软件：用于 模拟信号在电路中的传输和 干扰情况，评估信号完整性
单击添加标题
功能：提供信号完整性分析、 优化和验证功能，帮助设计 者优化电路设计，提高信号
传输质量
单击添加标题
仿真软件种类：包括 Cadence、Mentor、
Synopsys等
信号完整性的评估通常包括 信号的幅度、相位、抖动、
噪声等方面的测量。
信号完整性对于电子系统的 性能和可靠性至关重要。
信号完整性的重要性
确保信号传输的准确性和可靠性
降低电磁干扰和噪声
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提高系统稳定性和性能
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提高产品竞争力和品牌价值
信号完整性的影响因素
信号频率：频率 越高，信号完整 性越差
信号串扰的影响：信号串扰会导致信号 误码率增加、信号传输质量下降等问题
信号反射与串扰的解决方法：通过优化 信号传输路径、增加信号隔离度、使用 屏蔽材料等方式进行解决
信号的时序与抖动
时序：信号在时间上的顺序和规律 抖动：信号在传输过程中的不稳定性 抖动类型：随机抖动、确定性抖动、数据相关抖动 抖动影响：可能导致信号失真、传输错误、系统不稳定等
信号幅度：幅度 越大，信号完整 性越差
信号传输路径： 路径越长，信号 完整性越差
信号传输介质：介 质的阻抗、容抗、 感抗等参数会影响 信号完整性
信号完整性的基础理论
信号的传输方式
串行传输：数据按 顺序传输，速度快， 但容易受到干扰
并行传输：数据同 时传输，速度快， 但需要更多的硬件 资源
模拟传输：数据以 模拟信号的形式传 输，抗干扰能力强 ，但传输距离有限
第二讲——信号完整性
高速数字电路的特征（续4）
图中表示用傅立叶展开式来拟合方波的情况。当用5阶波形叠加时，其 信号与原方波还有明显的差别；若用10阶波形叠加时，则与原方波相பைடு நூலகம்差无几；若再用20阶的波形叠加的话，其改善程度已经不明显。所以 对方波信号的分析一般到10倍 f。（f。为方波的基频）即可。
信号分类
单端信号 差分信号 一次开关（Incident switching） 反射开关（Reflected switching）
一般IC对于过冲的高度和宽度的容忍度都有指标。因为过冲会使IC内部的ESD防护 二极管导通，通常电流有100mA左右。信号长期的过冲会使IC器件降质，并是电 源噪声和EMI的来源之一。
2. 振铃（Ringing/Ring Back） 振铃会使信号的threshold域值模糊，而且容易引起EMI。
3. 非单调性(Non-monotonic) 电平上升过程中的平台会产生非单调性，这有可能对电路有危害，特别是针对异步 信号如：Reset、Clock等会有影响。
2. 上升/下降沿时间 信号是否被看作为高速信号，和信号的周期关系不大。只要信号的 上升沿或下降沿很陡，它都有可能是高速信号。当然如果信号的周 期较短，其上升下降沿必然很陡，当然也就是高速信号了。
信号完整性复习
第一章概论狭义的信号完整性（SI），是指信号电压（电流）完美的波形形状及质量。
广义的信号完整性（SI），指在高速产品中，由互连线引起的所有信号电压电平和电流不正常现象，包括：噪声、干扰和时序等。
由于物理互连造成的干扰和噪声，使得连线上信号的波形外观变差，出现非正常形状的变形，称为信号完整性被破坏。
信号完整性问题是物理互连在高速情况下的直接结果。
信号完整性强调信号在电路中产生正确响应的能力。
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。
高速的含义：（严格地，高频不一定高速，低频也不一定低速）当系统中的数字信号的上升边小于1ns或时钟频率超过100MHz时，我们称之为高速运行。
物理互连的电阻、电容、电感和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)是指传输线上有回波。
信号功率（电压和电流）的一部分经传输线上传输到负载端，但是有一部分被反射回来形成振铃（ringing），振铃就是反复出现过冲和下冲。
（过冲是指第一个峰值或谷值超过设定电压；下冲类似）。
振铃现象实际上是由阻抗突变产生的反射引起的。
减小阻抗突变问题的方法就是让整个网络中的信号所感受的阻抗保持不变当信号从驱动源输出时，构成信号的电流和电压将互连线看做一个阻抗网络。
当信号沿网络传播时，它不断感受到互连线引起的瞬态阻抗变化。
如果信号感受到的阻抗保持不变，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，并在通过互连线的剩余部分时发生失真。
如果阻抗改变的程度足够大，失真就会导致错误的触发。
串扰crosstalk)是指两个不同的电性能网络之间的相互作用。
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）。
地弹是返回路径中两点之间的电压，它是由于回路中电流变化而产生的。
《信号完整性培训》课件
解决方法
通过在传输线的末端添加 终端电阻来匹配阻抗，消 除反射。
信号串扰
信号串扰定义
当信号在传输线中传播时 ，会受到相邻信号线的干 扰，产生串扰。
串扰产生的影响
串扰会导致信号质量下降 、误码率增加，严重时会 导致通信失败。
解决方法
通过合理布线、增加线间 距、使用屏蔽线等措施来 减小串扰。
信号时序
加强信号完整性测试和测量技 术的研究，提高测试精度和效
率。
探索新的信号完整性设计方法 和优化技术，提高设计效率和
可靠性。
加强信号完整性与其他领域的 交叉研究，如通信、控制、人 工智能等，开拓新的应用领域
。
THANKS
感谢观看
02
它涉及到信号在电路中传输时所 受到的各种影响，如噪声、干扰 、衰减、延迟等。
信号完整性的重要性
保证电路的正常工作
信号完整性的好坏直接影响到电路的 正常工作，如果信号在传输过程中出 现失真或畸变，可能会导致电路工作 异常或出现故障。
提高系统性能
降低系统成本
避免因信号问题导致的系统故障和维 修成本，从而降低整个系统的成本。
合理选择传输线
根据信号类型和传输速率，选择合适的传输 线类型和规格。
使用适当的端接方式
根据传输线的类型和长度，选择合适的端接 方式，如串联端接、并联端接等。
优化布线策略
通过合理的布线，减少信号延迟和反射，提 高信号质量。
抑制电磁干扰
通过增加屏蔽、使用滤波器等手段，降低电 磁干扰对信号的影响。
设计实例分享
示波器和逻辑分析仪
用于捕获和观察信号波形，分析信号的时序和幅度。
网络分析仪和频谱分析仪
用于测量信号的频率响应和传输特性。
信号完整性名词解释
信号完整性名词解释1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。
信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。
主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。
常见信号完整性问题及解决方法：问题可能原因解决方法其他解决方法过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面过大的串扰线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源时延太大传输线距离太长替换或重新布线, 检查串行端接头使用阻抗匹配的驱动源, 变更布线策略振荡阻抗不匹配在发送端串接阻尼电阻2、什么是串扰（crosstalk）？串扰（crosstalk）是指在两个不同的电性能之间的相互作用。
产生串扰（crosstalk）被称为Aggressor，而另一个收到干扰的被称为Victim。
通常，一个网络既是Aggressor（入侵者），又是Victim（受害者）。
振铃和地弹都属于信号完整性问题中单信号线的现象（伴有地平面回路），串扰则是由同一PCB板上的两条信号线与地平面引起的，故也称为三线系统。
串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。
容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。
PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
3、什么是电磁兼容（EMI）？电磁干扰（Ectromagnetioc Interference），或者电磁兼容性（EMI），是从一个传输线（transmission line）（例如电缆、导线或封装的管脚）得到的具有天线特性的结果。
印制电路板、集成电路和许多电缆发射并影响电磁兼容性（EMI）的问题。
信号完整性测试规范和工作流程
信号完整性测试规范和工作流程一、信号完整性测试规范1.测试范围：信号完整性测试应涵盖全部重要信号线，包括时钟信号、数据信号、控制信号、电源供应线等。
2.测试参数：测试参数包括但不限于信号功率、上升时间、下降时间、峰值电压、峰峰值电压、幅度稳定性、时序稳定性等。
3.测试方法：根据具体测试需求和设备条件，选择合适的信号完整性测试方法，如步进响应测试、脉冲响应测试、频率响应测试、时钟提前测试等。
4.测试设备：测试设备需要具备高精度、高速度、高带宽等特点，如示波器、信号发生器、信号注入器、信号线探针、信号整形器等。
5.测试环境：测试环境应符合实际应用场景，包括温度、湿度、电磁干扰等因素的考虑。
6.数据分析：对测试数据进行详细的分析和处理，包括波形展示、数据比对、波形参数提取、异常识别等。
7.测试标准：根据不同行业和应用领域，制定相应的信号完整性测试标准，如IEEE、IPC、JEDEC等，以确保测试结果的准确性和可靠性。
8.测试报告：根据测试结果生成详细的测试报告，包括测试方法、测试步骤、测试数据、异常情况分析、改进建议等。
二、信号完整性测试工作流程1.确定测试目标：根据设计需求和系统规格，确定需要测试的信号线和测试参数。
2.设计测试方案：根据测试目标和测试需求，设计相应的测试方案，包括测试方法、测试设备、测试环境等。
3.准备测试设备：根据测试方案，准备好所需的测试设备，确保其良好状态和准确性能。
4.连接测试回路：将被测试的电路板、电线、接插件等与测试设备连接起来，确保信号传输通畅。
5.设置测试参数：根据测试目标和测试方案，设置测试设备的相应参数，如示波器的触发电平、采样率、带宽等。
6.执行信号完整性测试：根据测试方案，执行信号完整性测试，记录测试数据和波形。
7.数据分析和处理：对测试数据进行详细分析和处理，包括波形展示、参数提取、异常识别等。
8.测试结果评估：根据测试数据和标准要求，对测试结果进行评估，确定是否合格。
信号完整性
信号完整性信号完整性是指信号在传输路径上的质量，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。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。
目前一般讨论的信号完整性基本上以研究数字电路为基础，研究数字电路的模拟特性。
主要包含两个方面：信号的幅度(电压)和信号时序。
与信号完整性噪声问题有关的四类噪声源：1、单一网络的信号质量2、多网络间的串扰3、电源与地分配中的轨道塌陷4、来自整个系统的电磁干扰和辐射当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。
当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题。
信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。
一般认为，当系统工作在50MHz时，就会产生信号完整性问题，而随着系统和器件频率的不断攀升，信号完整性的问题也就愈发突出。
元器件和PCB 板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。
阻抗不连续引起的信号反射导致信号完整性问题保证阻抗一致连续性的策略1.仔细设计系统叠层结构，按一致阻抗设计原则来决定各个布线层传输线的物理和几何参数，达到期望阻抗。
2.仔细设计信号回流路径，保证回流路径完整性，为传输线提供一致的参考平面。
3.按阻抗匹配设计原则，在传输路径的适当位置放置匹配电阻来控制反射。
4.仔细设计整个传输路径的拓扑结构，尽量减小分支数量和减小STUB线的长度。
（分支，并联，阻抗不匹配）3W原则：如果两导线间的间距大于线宽3倍以上，可以忽略耦合影响。
信号完整性总结
2.信号完整性问题一般分为四种：单一网络的信号质量、相邻网络间的串扰、轨道塌陷和电磁干扰。
6.使用三种级别的分析来计算电气效应——经验法则、解析近似和数值仿真工具，这些分析可以应用于建模和仿真。
7.测量无源器件和互连线的电气特性的仪器一般有三种：阻抗分析仪、网络分析仪、时域反射计。
这些仪器对减小设计风险、提高建模和仿真过程精度的可信度起着重要作用。
8.四种信号完整性问题的一般解决方法，信号质量（设计原则）：信号在经过整个互连线时所感受到的阻抗应相同。
串扰：保持线条间的间隔大于最小值，并使线条与非理想返回路径间的互感最小。
轨道塌陷：使电源/地路径的阻抗和电流噪声最小。
电磁干扰：使带宽以及地阻抗最小，采取屏蔽措施。
4. 数字信号的上升时间通常是从终值的10%到90%的时间。
5. 正弦波是频域中惟一存在的波形。
6. 傅里叶变换是将时域波形变换成由其正弦波频率分量组成的频谱。
7. 理想方波的频谱的幅度以速率1/f下降。
8. 去掉方波中的较高频率分量，上升时间就会增加。
9. 与同频率理想方波的同次谐波相比，一般信号的带宽是指“有效”的最高正弦波频率分量。
10. 信号带宽是0.35/(信号的上升时间)，一个经验公式。
12. 测量带宽是指有良好精度时的最高正弦波频率。
13. 模型的带宽是指采用该模型描述后的预测值与互连线的实测性能能很好吻合时的最高正弦波频率。
14. 互连线带宽是指互连线传输性能满足指标时的最高正弦波频率。
15. 互连线3dB带宽指的是信号衰减小于—3dB时的正弦波频率。
1.阻抗是一个描述所有信号完整性问题及解决方法的很有效的概念。
2.阻抗描述了互连线或元件中电压和电流的。
从根本上说，它是器件两端的电压与流经器件的电流之比。
3.不要把构成实际硬件的真实电路元件相混淆，理想电路元件是对真实世界的近似数学描述。
6.虽然阻抗的定义在时域和频域中是相同的，但是在频域中总结电容电感的描述方法则更简单更容易。
集成电路设计中的信号完整性研究
集成电路设计中的信号完整性研究一、前言随着集成电路设计技术的不断发展和完善，信号完整性研究已成为集成电路设计过程中必须重视的一个重点领域。
在电路板设计中，信号完整性研究是确保信号质量和可靠性的重要手段。
本文将对集成电路设计中的信号完整性研究进行详细论述。
二、信号完整性的概念信号完整性是指在电路传输过程中信号的稳定性、可靠性和正确性。
在集成电路设计中，信号完整性的设计目标是确保信号能够正确地到达接收端，确保数据传输时的信号时序、电平等参数的稳定性和一致性。
通常情况下，信号完整性存在三种情况：1. 稳定性完整性：主要是指信号传输过程中的电压、电流和幅度等参数的稳定性。
2. 时序完整性：主要是指信号传输过程中的延时、时钟抖动等影响信号时序的因素的影响。
3. 电磁兼容完整性：主要是指信号在传输过程中所遭受的电磁干扰和抗电磁干扰能力。
三、信号完整性的影响因素在集成电路设计中，信号完整性的影响因素主要从以下几个方面考虑：1. 电线电容和电感：电线电容和电感都会影响信号的传输速度，从而影响信号完整性。
2. 晶体管下射电流：晶体管下射电流是晶体管从开到关或从关到开的过渡时需要的电流，过高或过低都会影响信号完整性。
3. 信号线电阻和接地方式：信号线电阻的大小和接地方式也会影响信号的传输速度和抗干扰能力，进而影响信号完整性。
4. PCB设计和导线布局：PCB设计和导线布局的不合理会导致信号反射、串扰和电容耦合等问题。
四、信号完整性的解决方案为了解决信号完整性的问题，需要采取以下几种解决方案：1. 在电路设计中合理选取元器件：元器件的选择是影响信号完整性的重要因素，在选择元器件时需要根据实际情况合理选取。
2. 采用阻性或者有源补偿技术：对于信号线电阻对信号完整性的影响可以通过阻性或者有源补偿技术来消除或者减小。
3. 良好的布线规划：布线规划是解决信号完整性问题的关键，需要合理安排信号线和电源线的布置，避免信号延迟和干扰。
芯片设计中的信号完整性与驱动能力
芯片设计中的信号完整性与驱动能力在芯片设计中，信号完整性和驱动能力是两个关键的技术指标。
信号完整性指的是信号在沿途传输过程中的稳定性和准确性，而驱动能力则是指芯片输出信号的驱动能力和响应速度。
本文将从信号完整性和驱动能力两个方面进行探讨。
一、信号完整性信号完整性对于芯片设计来说至关重要，它直接影响着芯片的性能和稳定性。
在高速信号传输中，信号完整性问题往往是导致信号失真和干扰的主要原因之一。
为了解决信号完整性问题，设计师需要考虑以下几个因素：1. 传输线路的设计：传输线路的设计包括线路长度、布线方式、线宽等。
合理的线路设计可以减小信号在传输过程中的衰减和时钟抖动，提高信号的稳定性和准确性。
2. 驱动器设计：驱动器是芯片输出信号的来源，其设计关乎着信号的强度和响应速度。
通过合理选择驱动器的驱动能力和输出电流功耗等参数，可以提高信号的完整性。
3. 信号边沿控制：在信号传输过程中，边沿过渡带有一定的时间延迟和斜率控制，不恰当的边沿设计会导致信号的不稳定和时钟偏差。
因此，设计师需要注意控制信号的边沿过渡，并采用合适的边沿控制方法。
二、驱动能力驱动能力是衡量芯片输出信号强度和响应速度的关键指标。
一个好的驱动能力可以确保信号在传输过程中不受到干扰，同时能够快速、准确地响应外部输入。
以下是提高芯片驱动能力的几个关键点：1. 输出阻抗控制：芯片的输出阻抗决定了信号的驱动能力。
通过合理的输出阻抗设计和匹配，可以提高信号的强度和稳定性。
2. 电源供电设计：电源供电是芯片运行的基础，合理的电源设计可以提供稳定的电流和电压，从而确保芯片输出信号的强度和可靠性。
3. 器件选择和布局：芯片的驱动能力还与器件的选择和布局有关。
适当选择高速和高电流的器件，并合理规划器件的布局，可以提高芯片的驱动能力。
综上所述，芯片设计中的信号完整性和驱动能力是相辅相成的。
良好的信号完整性可以确保信号的稳定和准确，而强大的驱动能力则能够保证芯片输出信号的强度和响应速度。
信号完整性
1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。
信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。
主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。
常见信号完整性问题及解决方法：问题可能原因解决方法其他解决方法过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面过大的串扰线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源时延太大传输线距离太长替换或重新布线，检查串行端接头使用阻抗匹配的驱动源，变更布线策略振荡阻抗不匹配在发送端串接阻尼电阻2、什么是串扰（crosstalk）？串扰（crosstalk）是指在两个不同的电性能之间的相互作用。
产生串扰（crosstalk）被称为Aggressor，而另一个收到干扰的被称为 Victim.通常，一个网络既是Aggressor（入侵者），又是Victim（受害者）。
振铃和地弹都属于信号完整性问题中单信号线的现象（伴有地平面回路），串扰则是由同一PCB板上的两条信号线与地平面引起的，故也称为三线系统。
串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。
容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。
PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
3、什么是电磁兼容（EMI）？电磁干扰（Ectromagnetioc Interference），或者电磁兼容性（EMI），是从一个传输线（transmission line）（例如电缆、导线或封装的管脚）得到的具有天线特性的结果。
印制电路板、集成电路和许多电缆发射并影响电磁兼容性（EMI）的问题。
硬件测试中的信号完整性与时序分析
硬件测试中的信号完整性与时序分析硬件测试在现代电子领域中起着至关重要的作用。
其中，信号完整性与时序分析是硬件测试过程中的两个关键方面。
本文将深入探讨信号完整性与时序分析的概念、重要性以及测试方法，以帮助读者更好地理解和应用于实际项目中。
一、信号完整性信号完整性指的是电子系统中信号的传输过程中是否能够保持其原始质量、准确性和稳定性。
在高速数字电路设计和通信系统中，信号完整性是确保信号正确、可靠地传输的关键因素。
信号完整性问题可能导致信号失真、时序错误、干扰噪声等问题，从而降低系统性能甚至引发系统故障。
为了确保信号完整性，硬件测试中常常采用以下几种方法：1. 眼图测量：眼图可以直观地展示信号的质量和稳定性。
通过该方法，测试人员可以判断信号的抖动情况、噪声水平和时钟同步等问题。
2. 波形分析：利用示波器等测试仪器，测试人员可以对信号的电压、频率、上升沿和下降沿等参数进行精确测量，并与标准波形进行比较，以评估信号质量。
3. 串扰分析：在高密度布线的电子系统中，邻近信号线之间可能会发生串扰现象，影响信号完整性。
通过串扰分析，测试人员可以发现并修复潜在的信号干扰问题。
4. 电磁兼容性（EMC）测试：在电子设备中，电磁辐射和电磁感应可能会对信号完整性产生不利影响。
EMC测试可以评估设备在电磁环境下的安全性和干扰抗性。
二、时序分析时序分析是硬件测试中另一个重要的方面，它涉及到信号在电路中传输的时间和顺序。
在高速数字系统和通信领域中，准确地控制和分析信号的时序关系至关重要，任何时序错误都可能导致系统失效。
在时序分析中，常用的测试方法有：1. 时钟信号分析：时钟信号是数字系统中的同步基准，对于时序分析至关重要。
通过测量时钟信号的频率、占空比和抖动等参数，可以评估系统的时序稳定性。
2. 延迟分析：在数字电路中，各个逻辑门的延迟可能存在差异，从而导致时序错误。
通过测量电路中各个节点的延迟情况，可以发现潜在的时序问题并进行优化。
什么是信号完整性
什么是信号完整性◆作者:佚名来源:网络点击数: 320 日期:2007-10-17 15:19:32问题：什么是信号完整性？信号完整性是什么意思？信号完整性（Signal Integrity）：就是指电路系统中信号的质量，如果在要求的时间内，信号能不失真地从源端传送到接收端，我们就称该信号是完整的。
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。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。
主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。
信号完整性的一些基本概念传输线（Transmission Line）：由两个具有一定长度的导体组成回路的连接线,我们称之为传输线,有时也被称为延迟线。
集总电路（Lumped circuit）：在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。
分布式系统(Distributed System)：实际的电路情况是各种参数分布于电路所在空间的各处,当这种分散性造成的信号延迟时间与信号本身的变化时间相比已不能忽略的时侯,整个信号通道是带有电阻、电容、电感的复杂网络,这就是一个典型的分布参数系统。
上升/下降时间（Rise/Fall Time）：信号从低电平跳变为高电平所需要的时间,通常是量度上升/下降沿在10%-90%电压幅值之间的持续时间,记为Tr。
截止频率（Knee Frequency）：这是表征数字电路中集中了大部分能量的频率范围（0. 5/Tr）,记为Fknee,一般认为超过这个频率的能量对数字信号的传输没有任何影响。
特征阻抗（Characteristic Impedance）：交流信号在传输线上传播中的每一步遇到不变的瞬间阻抗就被称为特征阻抗,也称为浪涌阻抗,记为Z0。
可以通过传输线上输入电压对输入电流的比率值(V/I)来表示。
信号完整性测试介绍
信号完整性测试介绍目录CONTENTS 1•信号完整性SI2•信号完整性测试内容3•信号完整性测试条件•信号完整性测试标准45•信号完整性问题总结一、信号完整性SI信号完整性SI（Signal Integrity)：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。
如果电路系统中信号能够以要求的时序，持续时间和电压幅度到达IC，则该电路系统具有较好的信号完整性。
反之，当传输的信号不能被IC正常响应时，就出现了信号完整性问题。
SI解决的是信号传输过程中的质量问题，尤其是在高速领域，数字信号的传输不能只考虑逻辑上的实现，物理实现中数字器件开关行为的模拟效果往往成为设计成败的关键。
理想数字信号波形实际数字信号波形（模拟量）SI 解决的问题 反射串扰过冲振铃地弹 时序 EMC在数字电路系统中，信号以逻辑“0”或“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。
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。
如下图所示为一个理想信号经传输线后的接收端实际接收的信号理想数字信号接收端实际数字信号问题图形原因分析备注电平没有到达逻辑电平负载过重传输线过长电平不匹配驱动速度慢上冲/下冲高速、大电流驱动阻抗未匹配电感量过大其它相邻信号串扰典型的信号完整性问题及其产生的原因分析问题图形原因分析备注振铃（不单调）电感量过大阻抗不匹配延时错误负载过重传输线过长驱动速度慢二、信号完整性测试内容1 信号（SI）测试内容2 电源（SI）测试内容三、信号完整性测试条件1 单板/系统工作条件单板/系统工作在室温条件（20℃~27℃）单板/系统要可靠接地单板/系统上电正常工作，各模块工作均正常，30分钟后再开始测试单板/系统在轻载及满载情况下均应测试单板/系统电源稳定在额定电压±3%范围内2 测试人员要求<1>.熟悉逻辑电平及信号时序的基本知识，熟练掌握示波器及万用表的使用方法；<2>对单板/系统电路原理有深刻的认识，对信号分类及信号的流向有清楚认识，了解单板/系统上器件的工作原理、工作速度及工作电平；<3>.测试人员在测试操作仪器时必须穿戴防静电服、静电鞋和防静电帽；<4>.在用手持握被测电路板时必须戴防静电手套；<5>.测试人员在不同仪器时必须要按照仪器的具体要求来操作。
于博士-信号完整性
信号完整性一、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。
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电感的物理基础
• 一、关于各种类型电感的定义： • 1、电感：流过单位安培电流时，环绕在导体周围的磁力线匝数； • 2、自感：导体中流过单位安培电流时，环绕在该导体周围的磁力线匝数； • 3、互感：某一导体流过单位安培电流时，环绕在另一导体周围的磁力线
匝数； • 4、回路电感：流过单位安培电流时，环绕在整个电流回路周围的磁力线
匝数； • 5、回路自感：完整电流回路流过单位安培电流时，环绕在该回路周围的
磁力线总匝数； • 6、回路互感：某一完整电流回路流过单位安培电流时，环绕在另一回路
周围的磁力线总匝 数； • 7、局部电感：其他地方没有其他电流时，环绕在该段导体周围的磁力线
匝数；
7
电感的物理基础
• 8、局部自感：仅在一端导线中有单位安培电流而在 其他地方无其他电流存在时，环绕在该 段导体自身 周围的磁力线匝数；
4
时域与频域
• 1、传输线有两种损耗机理：导体损耗和介质损耗。 这两种损耗对高频分量的衰减大于对低频分量的衰 减。下图为信号通过FR4板上50Ω、4in长的传输线时 测得的衰减。
5
时域与频域
• 2、这种选择性的衰减会使信号的带宽降低， 使其上升时间增加。下图为上升时间为50ps 的信号进入FR4板上36in长的传输线时输入输 出波形，其上升时间从50ps增加到1.5ns。
动为5%，功耗为1W，则C=2×Δt，如果稳压器
在10us内对电压不能做出反应的话，则至少需
要提供2×10us=20uF 的去耦电容，但是一般不
会使用单个的20uF的电容，因为电容会有一定
的寄生电感，在高频时它的阻抗较大，所以需
要并联多个电容，来提供20uF的电容量 并且
由于并联，电感会减小。所以在频率较高时，
• 9、局部互感：仅在某一段导线中有单位安培电流， 而其他地方无其他电流存在时，环绕在另一段导线周 围的磁力线匝数；
• 10、有效电感、净电感或总电感：当整个回路流过单 位安培电流时，环绕在一段导线周围的磁力线总匝数， 其中包括院子回路每一部分电流的磁力线；
• 11、等效电感：多个电感的串联或并联相对应的单个 自感的大小，其中包括互感的影响。
11
电感的物理基础
•
另外，如果两根电源线中电流的方向
是同向的，则需增大它们之间的距离，以
减小互感，这样净电感会小些，开关噪声
就会小些。例如大功率芯片PCB 板上的裸焊
盘和对应封装焊盘之间使用两条键合线，
这两条键合线离得越近的话，开关噪声会
越大。（但是由于使用的是两条线的并联，
不算互感的话，支 路电感只有原电感的一
信号完整性分析
通常设计过程是极富直觉和创造性的，要想尽快完 成合格设计，激发关于信号完整性的设计 直觉至关重 要。设计产品的设计师应了解信号完整性如何影响整个 产品的性能。该文档主要介绍 理解和解决信号完整性 问题所需的基本原理，直观定量地给出信号完整性问题 的工程背景知识。
主要参考： 信号完整性分析 Eric Bogatin 著
定了回路电流变化时支路两段的感应电压 的大小，例如回路存在两条支路，其中一 条是另一条的返回电流路径， 在返回路径 上所产生的电压噪声为地弹，那么回路的 有效电感决定了地弹噪声的大小。
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电感的物理基础
• 注： 地弹与轨道塌陷的区别： 轨道塌陷指的是，在电源分配系统中，电源与地之间存在 一定的电感、电容及电阻，当外界电压变化时，例如，开关门 的转换，在电源与地之间就会存在一定的压降，这样会影响到 电源对芯片的供电电压的减小。它主要指芯片供电系统中，芯 片能否获得有效的供电电压，例 如加去耦电容，可以减小一定 频率下的电源与地间的阻抗，去耦电容也可以这样理解，在时 间段Δt内，去耦电容可以为芯片提供一定的电荷量。 地弹是返回路径中两点间的电压，它是由回路中电流变化而 产生的。地弹是开关噪声和EMI的主要原因，主要与回路的总电 感有关。减小地弹噪声 可采用两种方式：通过使用短且宽的互 连线以减小返回路径的局部电感，以及将电流和其返回路径尽 量靠近以增大两支路间的互感。
半，所以即使存在互感，支路净电感仍会
比原来小）。
12
电感的物理基础
•
还有一个例子，如下图，去耦电容两端打过孔时，要尽
量使S2大，而使S1小，这样每个过孔的净电感将降低，从而
焊盘到平面间的有效电感和轨道塌陷 电压也会减小。
13
电感的物理基础
• 四、电源分布系统（PDS）和回路电感 前面已经提到过轨道塌陷的概念，加去耦电容
8
电感的物理基础
• 二、关于局部电感的一个结论： 当两个导线段间距远大于导线长度的时
候，两段导线的局部互感小于任一段导线 局部自感的10%，这时互感通常可以忽略不 计。例如，两个长20mil的 过孔，当它们的 间距大于20mil时，它们之间几乎没有什么 耦合。
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电感的物理基础
• 三、净电感及地弹 当相邻电流的方向相反时，有效电感决
3
概论
c、返回路径平面上的间隙； d、接插件； e、分支线、T型线或桩线； f、网络末端。 B、网络间的串扰； C、轨道塌陷噪声；
当通过电源和地路径的电流发生变化时，在电 源路径和地路径间的阻抗上将产生一个压降。设 计电源和地分配的目标是使电源分配系统（PDS） 的阻抗 最小 D、来自整个系统的电磁干扰和辐射。
可以为芯片在Δt内提供一定的电荷量，所需电容 大小可计算如下：
C=1/0.05×P/V2×Δt 0.05表示允许的5%的压降； Δt表示电荷从电容器逸出的时间，单位为s； C表示去耦电容器的电容，单位为F； V表示轨道电压，单位为V； P表示芯片的功耗，单位为W。
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电感的物理基础
•
例如：一芯片工作电压为3.3V，允许的波
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上升边小于1ns时， 信号完整性响应变得非常重要。
• 1、信号完整性问题主要造成以下三种影响 和后果 a、时序 b、噪声 c、电磁干扰（EMI）
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概论
• 2、所有与信号完整性噪声问题有关的效应 都与以下四类噪声源有关： A、单一网络的信号完整性 当信号沿一网络传播时，如果遇到阻抗 突变，则会产生反射和失真，信号受到的 阻抗变化有以下几种情况： a、线宽变化； b、层转换；