信号完整性学习笔记
《信号完整性分析与设计》读书笔记思维导图
11.3 EMI 与SI、PI 的关系
04
11.4 电流 回路的辐射
06
11.6 接 “地”之 “迷”
05
11.5 PCB 中主导EMI 的互连结构
11.8 小结
11.7 EMI设计要点
参考文献
12.1 数字器件的选 择与电路设计
12.2 电磁屏蔽与滤 波设计
12.3 参考平面的分 析与设计
5
参考文献
4.1 一般互连与非 理想互连
4.2 走线突变
4.3 过孔
4.4 参考平面不连 续
4.5 连接器 4.6 封装
4.7 小结 参考文献
5.1 信号带宽与上 升边
5.2 互连线的特性 区域
5.3 集总建模与宽 带建模
5.4 基于TDR测量的 走线突变建模
5.6 小结
5.5 基于电流通路 的过孔建模与仿真
1.4 SI、PI和EMI 协同设计
1.6 EMI的源头设 计策略
1.5 PDN影响SI
参考文献
2.1 电阻 2.2 电感
2.3 电容 2.4 传输线基础
2.5 高速及高频的 概念
2.6 高速互连的表 征
2.7 差分传输线 参考文献
1
3.1 反射
2
3.2 串扰
3
3.3 同时开关 噪声
4
3.4 小结
01
7.1 集成 电路的功率 传输
02
7.2 PDN的 组成
03
7.3 电源/ 地平面噪声 的产生与传 播
04
7.4 基于 目标阻抗的 PDN设计
06
7.6 PDN 集总分析技 术
05
7.5 平面 PDN常用的 建模技术
讲座四信号完整性分析
讲座四 信号完整性分析
4．降低串扰的设计技术
串绕是不可能完全消除的，只能在PCB设计中尽量减小串扰。 通常减小串绕的设计技术如下： 1)根据功能分类逻辑器件系列，保持总线结构被严格控制； 2)避免互相平行的走线布线，走线间要有足够的间隔以最小化 电感耦合； 3)使用相对介电常数较低的叠层； 4)最小化元件间的距离； 5)最小化并行走线的长度；
讲座四 信号完整性分析
4．4．1 信号反射的形成 当传输线上的阻抗不连续时会导致信号 反射。这种不连续可以是走线宽度的变化、 网络终端的不匹配、缺少终端、T型连接器 或二分支走线、布线层间的导孔、变化的 负载和逻辑器件、大电源平面不连续、转 换连接器、走线阻抗的变化等。
讲座四 信号完整性分析
4．4．2 阻抗匹配与端接技术
讲座四 信号完整性分析
2．串扰的特性 1)串扰是线间的信号耦合，在串扰存在的信 号线中，干扰源常常也是被干扰对象，而 被干扰对象同时也是干扰源。 2)串扰分为后向串扰和前向串扰两种，传输 线上任意一点的串扰为二者之和。 3)对于传输周期信号的信号线，串扰也是周 期性的。
讲座四 信号完整性分析
针对以上这些串扰的特性，可以归纳出几种减小串扰的主要 方法： 1)加大线间距，减小走线平行长度，必要时可以以jog方式 走线； 2)串扰大小与线间距成反比，与线平行长度成正比； 3)串扰随电路中负载的变化而变化，对于相同的拓扑结构 和布线情况，负载越大，串扰越大； 4)高速信号线在满足条件的情况下，加入端接匹配可以减 小或消除反射，从而减小串扰； 5)对于微带传输线和带状传输线，将走线高度限制在高于 地线平面lOmil以内，可以显著减小串扰；
讲座四 信号完整性分析
４．３信号完整性分析模型
印制电路板设计的S1分析模型
信号完整性SI学习笔记chapter
信号完整性分析chapter.4 电阻的物理基础优化系统物理设计的关键：能根据物理设计而精确地预测系统的电气性能，并根据要求的电气性能又能更高效优化物理设计。
用麦克斯韦方程描述互连线的电气特性。
将物理设计转化为电气性能将物理设计中的长、宽、厚和材料特性转化为R、L、C电气描述形式。
互连线电阻的最佳近似任何导线两端施加电压线性变化，会对应产生线性变化的电流，实际铜导线两端阻抗看起来非常想理想电阻。
互连线的解析近似只适用于均匀截面导线。
从而可以近似出:其中经验法则：直径1 mil、长为80 mil的键合线电阻大约是0.1Ω。
当然对于部分非均匀但是影响不大的可以做平均，再来使用该近似法。
体电阻率体电阻率是一种材料特性Ω*cm（只取决于材料，而不受形态影响），电导率为（1/(Ω*cm)）；定义1/Ω的单位为S（西门子）。
所以电导率单位S/m。
区别于单位长度电阻Ω/m。
bulk resistivity 或 volume resistivity都是说体电阻率。
单位长度电阻若导线横截面是均匀的，则互连线电阻与长度成正比。
其中导线直径目前采用美国线规（AWG）方块电阻许多互连线衬底都制备有几个均匀的导体平面层，根据版图模板再布成不同的线条。
每一层上都有相同的厚度。
（ρ/t）层方块电阻值 R sq 表示，同层上都有相同的体电阻率和厚度。
（d/w）长宽比划分出的方块数，n表示为无量纲数。
其中方块电阻可以理解为正方形导体片断的两端电阻。
与其大小无关，但与导体体电阻率和厚度有关。
方块电阻是敷金属层的一个重要特征，测出了厚度与方块电阻，那么可以得到所镀金属的体电阻率。
侧两侧用四脚探针。
到四边距离大于4倍探针间距，测量电阻与实际探针间距无关知道到导体方块电阻，可以进一步用公式求单位长度电阻不同线宽时单位长度电阻会不同。
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。
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。
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。
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。
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SI学习笔记_chapter8
信号完整性分析chapter.8 传输线与反射信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，一部分信号将被反射，另一部分发生失真并继续传播下去。
这是单一网络中多数 SI 问题的主要原因。
反射与失真使信号质量下降，看起来像振铃。
只要有瞬态阻抗突变就会发生反射，线端或者互连线拓扑结构发生改变的地方，如拐角，过孔，T型结构，插接件和封装处。
因此设计互连线的目的在于尽可能保持信号受到的阻抗恒定。
阻抗变化出的反射：将瞬态阻抗发生突变的地方称为阻抗突变，或简称突变。
反射的信号量由瞬态阻抗的变化量决定，若第一区域瞬态阻抗为Z1，第二个区域为Z2，反射信号与入射信号的幅值之比：其中两区域阻抗差异越大，反射信号量越大。
最关心的就是反射系数ρ，信号沿传播线传播时，遇到阻抗突变，将产生另一个波，两波叠加，但方向是向源端。
反射形成机理由上一特性，在设计高速板时，要运用以下设计要素：1.使用可控阻抗互连线2.传输线末端至少有一个终端匹配3.使用能使多分支产生影响最小的布线拓扑结构4.最小化几何结构的不连续性产生反射：区域1,2交界面两侧电压，电流应该相等，否则两侧不等会产生无限大电场与磁场。
V1=V2，I1=I2，而，I=V /R，当区域阻抗不同时，关系式绝不会同时成立。
为平衡系统，交界处区域1侧产生反射回源端的电压，唯一目的就是吸收入射信号和传输信号之间不匹配的电压与电流。
满足的条件：且两区域应满足：代换即最终，得到反射系数ρ同样，可以推导出传输系数t没有确切的原因知道怎么产生反射电压，但知道反射电压会遵循上述关系，电压电流要保持连续阻性负载的反射假定传输线特性阻抗为50Ω，传输线的终端匹配有三种情况：5.传输线的终端开路，末端未连接。
末端瞬态阻抗为无穷大。
反射系数ρ为1。
例：6.传输线末端与返回路径短路，即末端阻抗为0。
此时反射系数ρ为-1，短路突变处测的电压为（入射电压与反射电压之和）0V。
7.特殊情况，终端阻抗等于传输线的特性阻抗，即匹配。
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。
cadence信号完整性分析精要总结
第1章 高速电路基础要点1、 高速电路的定义：数字逻辑电路的频率达到或超过50MHZ ，而且工作在这个频率之上的电路占整个系统的1/3以上，就可以称为高速电路。
2、 高速信号实质：信号传输时间大于数字信号驱动端上升时间的1/2，则可以认为是高速信号并产生传输线效应，实质是，：传输时间小于上身时间的一半时，那么在本次信号状态改变前，接收端的反射信号就已经到达驱动端，不会引起逻辑错误，反之，大于一半时，接收端的反射信号就可能会与下一次驱动端的输出信号进行叠加，若反射信号很强，就可能会影响下一次输出的正常逻辑。
3、 高信号的确定：Tr 表示信号上升时间，Tpd 表示传输延迟，若Tr>4Tpd,信号在安全区域，若2 Tpd<T r≤4 Tpd,信号在不确定区域，若Tr ≤2 Tpd ，信号落在问题区域，设计需保证信号落在安全区域。
4、 传输线：传输线上由两个具有一定长度的导体组成的回路的连接线，有时也称延迟线，传输线上每一点都有不同的电势。
（可以理解为机械波的振动，或电场吸纳促使电子移动导致电位变化模型，需要时间，故不同点电位不一致，不深按纠）5、 传输线的确定：信号传输路径长度大于信号波长的1%，或接收端元器件是边缘敏感，或系统没有过冲和下冲容限，此时虚认为传输路径是传输线。
（实质：边沿时间、波形变化时间、传输时间三者很接近时就必须考虑为传输线）零碎常识：(1)、PCB 上走线等效电阻阻值约为0.25～0.55Ω(2)、空气电信号传播速度85ps/in ，空气介电常数约为1，真空为1.(2)、FR4内层布线180ps/in ，介电常数为4.5；外层：140～180,2.8～4.56、反射系数：Z L 是当次传播负载端等效阻抗，Z O 当次传播输出端等效阻抗。
ρL =OL O L Z Z Z Z + ７、反射电压：反射系数乘ρL 以输入电压Vi 。
即Vf=ρL *Vi注：上表达式是乘以输入电压，即得反射电压，不在需要与1或原始量进行加减运算。
信号完整性SI分析三~四
其中： ω：角频率，弧度／秒 π：常量，为 3.14159... f： 正弦波频率，赫兹
(2.2)
例如，若正弦波的频率是 100MHz，那么它的角频率就等 于 2×3.14159×100MHz～6.3×108 弧度／秒。
幅度是中间值之上的波峰高度的最大值。 水平方向之下 和水平方向之上的峰值相等。
图 2.1 典型的时钟波形，图中标明了１ GHz 时钟信号的时钟周期 和 10-90 上升时间。下降时间一般要比上升时间短一些，有时会出现 更多的噪声
上升时间有两种定义。一种是默认方式：10-90 上升时 间。第二种是 20-80 上升时间。
一些实际器件 IBIS 模型采用 20-80 定义,可能造成混乱。 时域波形下降时间的定义也是 10-90 和 20-80。 下降时间通常比上升时间短，这是由典型 CMOS 输出驱 动器设计造成。
2.6 周期性信号的傅里叶级数
在实际求解 FS 时，需要要根据奈奎斯特准则在时域采 样，以保证在频域不出现混叠现象。
一个理想方波可能是从 0v 到 1v，其重复周期是 1ns， 且占空比为 50%。
由于是理想方波，所以从 0v 跳变到 1v 的上升时间应为 ０秒，重复频率就应是 1/1ns=1GHz。
实际上，如图 2.3 所示，常常只需两个量来充分描述正 弦波：幅度和频率，这就是幅频特性。
此时，在频域中绘制一个正弦波，仅需一个数据点。这 就是要在频域中研究问题的关键原因。
对于若干个频率值，其幅值的集合称之为频谱。 每一个时域波形的频谱都有其独特的模式，计算时域波 形频谱的惟一方法就是傅里叶变换。
2.5 傅里叶积分、级数和离散变换
实现频域分析和处理的前提条件是将波形从时域变换 到频域表征，傅立叶变换就是这样的工具手段。傅立叶变 换有三种类型：
信号完整性
一.信号完整性的一些基本概念1.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。
2.传输线（TransmissionLine）：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。
3.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。
4.分布式系统(DistributedSystem)：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。
5.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。
6.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。
7.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。
8.传输延迟（Propagation delay）：指信号在传输线上的传播延时，与线长和信号传播速度有关，记为tPD。
9.微带线（Micro-Strip）：指只有一边存在参考平面的传输线。
10.带状线（Strip-Line）：指两边都有参考平面的传输线。
11.趋肤效应（Skin effect）：指当信号频率提高时，流动电荷会渐渐向传输线的边缘靠近，甚至中间将没有电流通过。
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
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。
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。
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。
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期待解决的问题：1.为何AC耦合电容放在TX端；2.为何有的电源或地平面要挖掉一块；3.搞清楚反射；4.搞清楚串扰；5.搞清楚地弹；6.搞清楚眼图；7.搞清楚开关噪声；8.各种地过孔的作用；9.写一份学习总结。
自己总结：从微观的角度讲，信号完整性研究的是电子在电场和磁场的作用下是如何运动的，以及这种运动会造成哪些电气特性产生什么变化。
从宏观的角度讲，信号完整性研究的是如何保证信号从源端传送到终端的过程中，失真的程度在要求的范围内。
第1章四类基本信号完整性问题：1、单一网络的信号质量：在信号路径和返回路径上由阻抗突变而引起的反射和失真。
2、两个或多个网络间的串扰：理想回路和非理想回路耦合的互电容和互电感。
3、电源分配系统中的轨道塌陷：电源和地网络中的阻抗压降。
4、来自元件或系统的电磁干扰。
阻抗：1、任何阻抗突变，都会引起电压信号的反射和失真。
2、信号的串扰，是由相邻线条及其返回路径之间的电场和磁场的耦合引起的，信号线间的互耦合电容和互耦合电感的阻抗决定了耦合电流的值。
3、电源供电轨道的塌陷，与电源分布系统（PDS）的阻抗有关。
4、最大的EMI根源是流经外部电缆的共模电流，此电流由地平面上的电压引起。
在电缆周围使用铁氧体扼流圈，增加共模电流所受到的阻抗，从而减小共模电流。
第2章时域与频域频谱：在频域中，对波形的描述变为不同正弦波频率值的集合。
每个频率值都有相关的幅度和相位。
把所有这些频率值及其幅度值的集合称为波形的频谱。
（在频域中，描述波形的方法）频域中的频谱表示的是时域波形包含的所有正弦波频率的幅度。
计算时域波形频谱的唯一方法是傅立叶变换。
即使每个波形的时钟频率相同，然而他们的上升时间可能不同，因此带宽也不同。
每个严肃认真的工程师都应该至少用手工计算一次傅立叶积分来观察它的细节。
带宽：表示频谱中有效的最高正弦波频率分量。
把频谱中更高频率的分量都去掉，也能充分近似时域波形的特征。
信号的带宽就是幅度比理想方波幅度小3dB（50%）的那个最高频率。
上升时间与时钟周期什么关系？原则上讲，两者之间的唯一约束是：上升时间一定小于周期的50%。
互连线建模4个基本理想电路元件：（集总元件）电阻、电容、电感、（分布元件）理想传输线。
电容的微妙之处在于，即使两个导体没有直接相连，它们之间也总有电容存在。
在某些情况下电流可流经电容，这就引起了串扰和其它信号完整性问题。
电容是电流的潜在通路。
理想电容器的两个导体被绝缘介质隔开，通常认为实际电容器中没有任何电流通过。
但是，当两个导体间的电压变化时，就会有电流通过。
I=❒Q/❒t=C❒V/❒t由此公式可知，当❒V/❒t不变时，电容量越大，流过电容的电流越大。
在时域里，电容量越大，电容器的阻抗越小。
如何理解绝缘的两个导体间有电流流动？位移电流。
绝缘，并非隔断。
联想到复合型晶体管。
导体距离附近某个表面越近，它的电容量就越大。
当趋于无限近的时候（几乎接触），此时的容量表现是怎样？如解理解？为了减小电源分布系统中的电压轨道塌陷，就要在电源和地之间加上多个去耦电容。
解释？多层板中的平面电容，容值很小，对改善轨道塌陷问题作用不大。
电源与地平面的实际作用是为芯片和去耦电容间提供低电感路径，而不是提供去耦电容。
如何理解信号路径、返回路径？如何理解反射？什么是二维场求解器？什么是微带线，带状线？电感在信号沿均匀传输线传播的过程中产生突变，从而造成信号完整性问题。
认识电感，途径是基于3个基本定律：1、电流周围形成闭合磁力线圈。
2、电感是导体上流过单位安培电流时，导体周围磁力线圈的韦伯值。
3、当半导体周围磁力线圈匝数变化时，导体两端将产生互感电压。
电感是关于电流周围磁力线匝数的度量，而不是某一点磁场强度的绝对值。
关心的不是磁场强度，而是磁力线匝数。
L=N/I, 单位电流（1A）周围磁力线圈的匝数的韦伯值。
影响电感的唯一因素是，导体的几何结构和在铁磁金属情况时导体的导磁率。
为了分清磁力线圈的源头，引入了自感和互感两个术语。
为了知道磁力线圈所围绕的电流回路大小，引入了回路电感和局部电感两个术语。
如果讨论环绕在一段互连线周围的磁力线圈，而电流在整个回路中流动，就使用总电感、静电感或有效电感来描述。
仅仅采用电感这一术语时，含义是十分模糊的。
所以，要养成使用限定词的良好习惯，明确指出电感的准确类型。
造成概念困惑最常见的根源就是混淆了电感的不同类型。
不管什么原因，只要一段导线周围的磁力线总匝数发生变化，导线两端就会产生电压。
(V=❒N/❒t=L❒I/❒t)感应电压正是电感在信号完整性中意义重大的根本原因。
如果电流变化时没有产生感应电压，则信号就不会受到影响。
这个由电流变化产生的感应电压引起传输线效应、突变、串扰、开关噪声、轨道塌陷、地弹、和大多数电磁干扰源。
串扰的定义：通常另一根导线中的电流发生变化时，我们用串扰来描述在临近导线上产生的感应电压噪声。
Vnoise=M❒I/❒t（M为两根导线之间的互感）。
局部电感：分析时只考虑电流回路的一部分，而且假设剩余部分不存在电流，这时计算的电感称作局部电感。
局部电感是个数学构造，它是不可测量的，因为实际中不存在孤立的电流。
导体长度增加时，局部自感会增大，且增速比线性增长要快。
这是因为，当导线长度增加时，环绕在新增加的导线周围的磁力线，除了源自这段电流外，还有源自其它段电流的一些磁力线圈。
电流分布越分散，局部电感越小；反之，电流分布密度越大，局部电感越大。
因为电流散开后，导致磁力线圈的匝数变少了。
（N=L*I）表现为，增大导体横截面积时，局部电感将减小。
经验：导线的局部自感大约是25nH/in, 或1nH/mm.经验：两个导线段的间距大于其长度时，两段导线间的局部互感小于任一段导线局部自感的10%，这时的互感通常可以忽略不计。
例如，两个长20mil的过孔，当它们的中心距大于20mil时，两过孔间几乎就没有耦合了。
有效电感/总电感/净电感：指回路中的电流为单位安培时，环绕在该段周围的磁力线总匝数，其中包括整个回路中任何一段电流产生的磁力线（自磁力线，互磁力线）。
Ntotal = Nb – Nab ( Lb – Lab ) / I 。
两相邻电流，其中一条是另一条的返回路径时，其电流方向相反。
有效电感决定了回路电流变化时，直流两端的感应电压的大小（Vgb = Ltotal * ❒I/❒t = (Lb – Lab)* ❒I/❒t）。
对所有互连线而言，包括信号路径、返回路径、电源路径和地返回路径。
（如何区分？）地弹：返回路径上的电压降。
地弹是返回路径中两点间的电压，它是由于回路中电流变化引起的。
地弹是产生开关噪声和EMI的主要原因，主要与返回路径的总电感有关。
（如何判断出噪声是否为地弹？）减小地弹电压噪声可以采用两种办法：1.使用短且宽的互连线以减小返回路径的局部自感。
2.将电流及其返回路径尽量靠近以增大两支路的互感。
经验：尽可能让返回电流靠近其他电流，减小有效电感，减小地弹。
键合线：连接裸芯片焊盘和封装焊盘之间的引线，常有键合金线、键合银线等。
双键合线为何能减小有效电感？电流分散，可以减小自感。
Lloop = La + Lb – 2*Lab两支路靠得越近，回路电感越小。
距离减小，局部自感保持不变，局部互感增大，各支路总电感减小。
经验：将食指和拇指围成一个圈，用30号导线构成同等大小的回路，其回路电感大约为85nH 任何阻抗可控互连线的单位长度回路电感都是恒定的。
电源的去耦电容是可以计算的。
高频时，减小去耦电容阻抗的唯一方法是减小它的回路自感（也即是减小芯片焊盘和去耦电容之间这个完整路径的回路电感）。
因为ESL的存在导致在高频时，回路阻抗随频率升高而增大。
减小去耦电容的回路自感的最好方法有以下几种：1.使电源平面和地平面靠近表层以缩短过孔。
2.使用尺寸较小的电容器。
（是信号路径和返回路径靠近）3.从电容器焊盘到过孔间的连线要短。
（说法不准确，应该是两焊盘上的过孔之间距离要短，减小局部电感。
4.将多个电容器并联使用。
（指的是回路电感并联）对电流的约束越大，局部自感和回路电感就越大。
经验：接触孔直径为10mil时，平面间的回路电感大约是没有过孔时两相邻平面的单位面积回路电感的4倍。
电流离芯片越近，被限制在芯片附近的高频功率和返回电流就越多，从而返回平面的地弹电压就越低。
什么是过孔出沙孔？两条距离较近的回路，当其中一条回路中的电流发生变化时，环绕在第二条回路周围的磁力线匝数就会改变，而且还会产生噪声（引起信号质量问题）。
只有当动态回路中的电流发生变化时，在静态回路中才会产生噪声。
而且这种情况仅在开关跳变时才发生。
因此常被称作，开关噪声，同时开关噪声（SSN）。
开关噪声和串扰什么区别？电感的各种分类：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，产生的将另一导体环绕在内的那部分磁力线的匝数。
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总匝数。
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：其他地方没有电流存在时，环绕在该段导线周围的磁力线匝数。
8.局部自感：仅在某一段导线中有单位安培电流而其他地方无电流存在时，环绕在该段导线周围的磁力线匝数。
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，其中包括源自回路每一部分电流的磁力线。
11.等效电感：多个电感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。
导线中流过单位安培电流时，越靠近导线的中心，其周围的磁力线就越多，自感也就越大。
（把一根导线想象成一束细导线的集合，越靠近线束中心的细导线其周围环绕的磁力线越多，总电感越大。
）开关频率越高中心的阻抗越大，因此电流越靠近外围。
经验：当电路板上的铜线为1盎司或者几何厚度为34um时，若频率等于或大于10MHz，则导线中的电流不再占用布线的整个横截面，趋肤效应在电流分布中起主导作用。
高频的定义：随着电流变化频率升高，电流会不断想导线表面靠近。
如果电流靠近导线表面而且与导线几何厚度无关，这一频率就是趋肤效应的界限，“高频”就是指高于这一界限的频率。
涡流：两相邻导体，如果其中一个导体中的电流发生变化，那么另一个导体的两端就会产生电压，此感应电压会形成电流。
换言之，其中一个导体的电流变化时，第二个导体中会产生感应电流，此电流称作涡流。
镜像电流：一段导线靠近一个导电平面。