信号完整性学习笔记

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