信号完整性 之波形完整性
信号完整性分析与设计
振铃（不单调）
传输线过长 串扰 多负载 阻抗不匹配
课程简介
01-19
常见的信号完整性问题及其原因
昏睡的眼图
原因很多： 阻抗不连续，损耗…
课程简介
01-20
常见的信号完整性问题及其原因
串扰 当有快速变化的电流流过导线时会产生交变的磁场，而使 邻近的导线上感应出信号电压，串扰有时也被称作交调。
课程简介
01-3
高速数字电路设计所面临的挑战
现在数字电路发展的趋势 速率越来越快 芯片集成度越来越高，PCB板越来越密 功耗越来越大 信号电压幅度越来越小 单端信号向差分信号的转变 低速并行总线向高速串行总线的转变
课程简介
01-4
高速数字电路设计所面临的挑战
数字电路工作速率越来越快
信号完整性要求
1）波形完整性Waveform integrity -单调性（monotonic) -噪声裕量（noise margin） -上冲下冲（overshoot,undershoot) -振铃（ringing）
课程简介
01-10
信号完整性要求
2）时序完整性 Timing integrity --建立保持时间 （setup/hold time） --时序抖动 （timing jitter） --串扰
由于电源/地噪声的复杂性，被与信号完整性分开来，单独作为 电源完整性（Power Integrity）来研究。
课程简介
01-22
常见的信号完整性问题及其原因
建立与保持时间问题
数据的超时延时和数据的信号畸变 都会造成数据的读取错误，如信号由 于出现严重的振铃现象，部分进入非 稳定状态，会使数据不能被可靠地提 取，造成误码问题。
信号完整性测试
信号完整性测试硬件电路测试中非常重要的一项是信号完整性测试，特别是对于高速信号，信号完整性测试尤为关键。
完整性的测试手段种类繁多，有频域，也有时域的，还有一些综合性的手段，比如误码测试。
不管是哪一种测试手段，都存在这样那样的局限性，它们都只是针对某些特定的场景或者应用而使用。
只有选择合适测试方法，才可以更好地评估产品特性。
本文将讲解常用的一些测试方法和使用的仪器。
一、波形测试使用示波器进行波形测试，这是信号完整性测试中最常用的评估方法。
主要测试波形幅度、边沿和毛刺等，通过测试波形的参数，可以看出幅度、边沿时间等是否满足器件接口电平的要求，有没有存在信号毛刺等。
波形测试也要遵循一些要求，比如选择合适的示波器、测试探头以及制作好测试附件，才能够得到准确的信号。
下图是DDR在不同端接电阻下的波形。
常见的示波器厂商有是德科技、泰克、力科、罗德与施瓦茨、鼎阳等等。
二、时序测试现在器件的工作速率越来越快，时序容限越来越小，时序问题导致产品不稳定是非常常见的，因此时序测试是非常必要的。
一般，信号的时序测试是测量建立时间和保持时间，也有的时候测试不同信号网络之间的偏移，或者测量不同电源网络的上电时序。
测试时序基本都是采用的示波器测试，通常需要至少两通道的示波器和两个示波器探头（或者同轴线缆）。
下图是测量的就是保持时间：三、眼图测试眼图测试是常用的测试手段，特别是对于有规范要求的接口，比如USB、Ethernet、PCIE、HDMI和光接口等。
测试眼图的设备主要是实时示波器或者采样示波器。
一般在示波器中配合以眼图模板就可以判断设计是否满足具体总线的要求。
下图是示波器测试的一个眼图：四、抖动测试抖动测试现在越来越受到重视，常见的都是采用示波器上的软件进行抖动测试，如是德科技示波器上的EZJIT。
通过软件处理，分离出各个分量，比如总体抖动（TJ）、随机抖动（RJ）和固有抖动（DJ）以及固有抖动中的各个分量。
对于这种测试，选择的示波器，长存储和高速采样是必要条件，比如2M以上的存储器，20GSa/s的采样速率。
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。
信号完整性的测试方法介绍
信号完整性的测试方法介绍
信号完整性的测试手段很多，涉及的仪器也很多，因此熟悉各种测试手段的特点，以及根据测试对象的特性和要求，选用适当的测试手段，对于选择方案、验证效果、解决问题等硬件开发活动，都能够大大提高效率，起到事半功倍的作用。
表1：信号完整性测试手段分类。
信号完整性的测试手段
信号完整性的测试手段主要可以分为三大类，如表1所示。
表中列出了大部分信号完整性测试手段，这些手段既有优点，但是也存在局限性，实际上不可能全部都使用，下面对这些手段进行一些说明。
1.波形测试
波形测试是信号完整性测试中最常用的手段，一般是使用示波器进行，主要测试波形幅度、边沿和毛刺等，通过测试波形的参数，可以看出幅度、边沿时间等是否满足器件接口电平的要求，有没有存在信号毛刺等。
由于示波器是极为通用的仪器，几乎所有的硬件工程师都会使用，但并不表示大家都使用得好。
波形测试也要遵循一些要求，才能够得到准确的信号。
首先是要求主机和探头一起组成的带宽要足够。
基本上测试系统的带宽是测试信号带宽的3倍以上就可以了。
实际使用中，有一些工程师随便找一些探头就去测试，甚至是A公司的探头插到B公司的示波器去，这种测试很难得到准确的结果。
其次要注重细节。
比如测试点通常选择放在接收器件的管脚，如果条件限制放不到上面去的，比如BGA封装的器件，可以放到最靠近管脚的PCB走线上或者过孔上面。
距离接收器件管脚过远，因为信号反射，可能会导致测试。
信号完整性的三种测试方法
广播百科停机 如何解决忨距离网络传输？汶两种方式爵有效 广播百科001 — 100期 广播百科101 — 200期 广电术语词汇（ 一 ） 广电术语词旷（二）
信号完整性的测试手段主要 可以分为三大类，下面对这些手段进行一些说明。
1. 抖动测试
抖动测试现在越来越受到重视，因为专用的抖动测试仪器，比如TIA(时间间隔分析仪） 、 SIA3000, 价格非常昂贵，使用得比较少。 使用得最多是示波器加上软件处理，如TEK的 TDSJIT3软件。 通过软件处理，分离出各个分量，比如RJ和DJ I 以及DJ中的各个分量。 对 千这种测试，选择的示波器，长存储和高速采样是必要条件，比如2M以上的存储器， 20GSa/s 的采样速率。 不过 目前抖动测试，各个公司的解决方案得到结果还有相当差异， 还没有哪个是权威或者行业标准。
利用分析软件，可以对眼图中的违规详细清况进行查看，比如在MASK中落入了—些采样 点，在以前是不知道哪些情况下落入的，因为所有的采样点是累加进去的，总的效果看起来 就象是长余晖显示。 而新的仪器，利用了其长存储的优势，将波形采集进来后进行处理显 示，因此波形的每 一 个细节都可以保留，因此它可以查看波形的违规清况，比如波形是 000010还是101010, 这个功能可以帮助硬件工程师查找问题的根源所在。
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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。
泰克-信号完整性设计以及测试分析1
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2013/11/6
常用的端接方法－－串联源端端接
串联源端端接要求加一个电阻与输出缓冲器串联。要求缓冲器阻抗和电阻值的 和等于传输线的特征阻抗 通常设计输出缓冲器I-V曲线产生一个极低阻抗，以至于从源端看进去的阻抗 的大部分都包含在电阻，因此选择精密电阻可以使总偏差降到很低，因为电阻 包含了大部分的阻抗。这种方法的缺点就是电阻增加了板的成本并且占用有效 的板面积。
数据传输中不同码型会有不同的损耗
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June 5, 2012
Tektronix Confidential
通过发送端对信号进行预加重来补偿信号的衰减
2-Tap –6dB Pre-emphasis
3.
18
使用TDR的方法可以传输线的阻抗匹配问题
TDR (80E04)
+ + - + + Rcv
Voltage
Sampling Scope display of two TDR waveforms
Time
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Two TDR sampling channels allow the differential impedance between the DATA+ and DATAserial paths to be measured.
V1.0 Confidential
硬件系统不稳定的根源-误码（Bit Error)
•误码的根源： 1.信号采样的时候建立保持时间不足(水平方向） 2.信号的幅度不够（垂直方向）
时钟(Clock) 时钟采样点
数据(Data)
建立时间Setup time
4
保持时间Hold time
由于各种原因引起的误码
信号完整性
信号完整性（Signal Integrity，简称SI）是指信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。
是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，则该电路具有较好的信号完整性。
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、同步切换噪声(SSN)和电磁兼容性(EMI)。
延迟——延迟是指信号在PCB板的导线上以有限的速度传输，信号从发送端发出到达接收端，其间存在一个传输延迟。
信号的延迟会对系统的时序产生影响，在高速数字系统中，传输延迟主要取决于导线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)的特征阻抗与负载阻抗不匹配时，信号到达接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，甚至出现信号的过冲和下冲。
信号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(mutual capacitance)和互感，当一个器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它器件或导线，即串扰。
串扰的强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的数据总线、地址总线等)，由于电源线和地线上存在阻抗，会产生同步切换噪声，在地线上还会出现地平面反弹噪声(简称地弹)。
SSN 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的阻抗以及高速器件在PCB板上的布局和布线方式。
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，其产生也主要与PCB板的布局和布线方式有关。
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)问题并不突出，在设计后期做适当的修改就可消除SI问题或将其影响降至最低。
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。
信号完整性问题到底是什么？小白也能懂！
信号完整性问题到底是什么？小白也能懂！摘要：信号完整性问题是一个系统性问题，广义上讲，信号完整性包括由于布局布线、电气互连、电源、器件等引起的所有信号质量及延时等等问题。
其主要原因是信号频率提升导致的信号边沿变陡，陡峭的上升沿包含更加复杂的高频信号及其分量，其相互作用下可能导致信号产生严重的畸变。
PCB板的工艺参数、元器件及在PCB板上的布局、高速信号的布线等等这些问题都可能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。
我对这块的认识相对比较简单，信号完整性问题主要研究两个方面的问题：信号的幅度(电压)和信号时序。
信号能以要求的时间、顺序、电压幅度到达接收端时，该电路就有很好的信号完整性。
否则，就容易出现信号完整性问题。
信号完整性主要表现在振铃、串扰、反射、延迟、时序错误、抖动等几个方面。
1、振铃振铃是一种出现在信号快速转换时，附加在高速信号转换边缘上，且有一定衰减速度的震荡失真信号的现象。
2、串扰串扰在电子学上是指两条信号线之间的耦合现象。
这是因为空间距离近的信号线之间会出现不希望的电感性和电容性耦合从而互相干扰。
电容性耦合会引发耦合电流，而电感性耦合则引发耦合电压。
在印刷电路板设计和集成电路设计中，串扰是一个比较棘手的问题。
3、反射反射是指信号在传输线上传输时，当高速PCB上传输线的特征阻抗与信号的源端阻抗或负载阻抗不匹配时，发生反射，使信号波形出现过冲、下冲和由此导致的振铃现象。
如下图所示：过冲（Over shoot）是指信号跳变的第一个峰值（或谷值），它是在电源电平之上或参考地电平之下的额外电压效应；下冲（Under shoot）是指信号跳变的下一个谷值（或峰值）。
过大的过冲电压经常长期性地冲击会造成器件的损坏，下冲会降低噪声容限，振铃增加了信号稳定所需要的时间，从而影响到系统时序。
4、延迟，时序错误信号延迟和时序错误是指信号在PCB的导线上以有限的速度传输，信号从驱动端发出到达接收端，其间存在一个传输延迟。
Ch1_基本知识(1)
高速数字系统设计2007年3月1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21-1 信号与信号完整性（Signal Integrity）信号：“信号”是一个使用非常广泛的名词。
从信息论的观点出发，信号是信息的一种物理体现，或者说：信号是信息的载体。
广义而言：信号被定义为一个随时间（和位置）变化的物理量。
模拟信号：在规定的连续时间范围内，信号的幅度值可以取连续范围的任意数值。
简单地讲：是指时间和幅度均是连续的物理量。
数字信号：在时间和幅度上都量化后取得的信号。
它是以某种时间间隔依次出现的数字序列。
简单地讲：是指时间和幅度均是离散的物理量。
A/D模拟信号数字信号D/A中国科大快电子学安琪3中国科大快电子学安琪4分析方法：时域和频域时域分析方法：用两维空间内的函数作为信号的数学模型，即时间变量t 和幅度变量f(t)（电压、电流或功率）。
X 轴是时间变量，Y轴是表示物理量的幅度变量。
t －f(t)时域是真实存在的域，是唯一实际存在的域。
中国科大快电子学安琪5频域分析方法所谓的频域分析，仍然用两维空间内的函数作为模拟信号的数学模型，描述模拟信号的两个最基本参数是频率和幅度。
采用频率变量（f ）代替时间变量（t ），幅度变量（电压、电流和功率: G(f)）是频率的函数。
X 轴是频率变量，Y 轴是表示物理量的幅度变量。
正弦波是频域中唯一存在的波形，其特征： 频率； 幅度；相位中国科大快电子学安琪6时域时域-频域的关系)(t f 频域dte tfg t j ωω－∫∞∞−=)()(傅立叶变换dte g tf t j ωω∫∞∞−=)()(傅立叶反变换)(ωg 从频谱分析的角度上看，时域中的任何信号, 都可以用若干个不同频率，不同幅度的正弦波信号叠加来表示。
第二讲——信号完整性
信号完整性问题（续1）
通常示波器所观察到的数字信号。
信号完整性问题（续2）
图中为各相关的信号完整性参数： • Overshoot、Undershoot指信号的过冲。 • Ringback 指信号的振铃。 • Plateau指信号在上升过程中的平台。 • NMH指逻辑为高信号的噪声余量。 • NML指逻辑为低信号的噪声余量。
4. 数字方波的频谱 数字方波信号的分析最起码要达到5倍f0（f0为方波的基频）。
高速数字电路的特征（续1）
图中演示的是信号的上升时间以及信号沿传输线由输出端到输入端的 传输延迟距离。
高速数字电路的特征（续2）
图中的公式为方波的傅立叶展开，其中T为方波信号的周期，t 为方波 信号的上升/下降时间，TW为方波信号的脉宽。 一般来说如果分析到10 f0，那么傅立叶拟合就比较接近真实情况。
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。
4. 码间串扰（ISI） 主要是针对高速串行信号。其产生的本质是前一个波形还没有进入稳态，另外也有 可能是传输线对不同频率衰减不同所造成的。一般通过眼图来观察，方法是输入 一伪随机码，观察输出眼图。
信号主要分为一下几类： 1. 单端信号
单端信号包括 TTL、 CMOS、 SSTL、 GTL等。单端信号比较通用， 且实现成本低。 2. 差分信号 差分信号包括 PECL、 ECL、 LVDS、 CML等。差分信号高速性能 好，电流也比较小。 由于电源层可以滤波和地层不可以滤波，单端信号中的同步开关噪 声的地电流形成地弹电压无法避免；而差分信号对同步开关噪声不 敏感。 3. 一次开关（Incident Switching） 即第一波就超过阈值。 4. 反射开关（Reflected Switching） 第一波不能超过阈值，靠反射超过阈值。
信号完整性分析 ppt课件
波形外观变差，出现了非正常形状的变形，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。
7
广义信号完整性(SI)泛指由各种信号、数据、电源 互连线引起的所有电压、电流不正常现象，包括： 噪声、干扰、时序抖动、数据传输等。
当频率大于1GHz时，介质损耗的增长与频率成正 比，而导线损耗与频率的平方根成正比(注意此处的自 变量为频率)。
FR4的介质损耗危害程度示例：当传输10inch后，上
升边将增加到100ps。
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图0-10 由于有损线造成的上升边退化
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信号完整性分析
• 经验法则； • 解析近似； • 数值仿真 (有场和路两种途径)； • 实际测量。
狭义的信号完整性，是指信号电压(电流)波形的形 状及质量,主要包括反射和串扰。物理互连将其上面 的信号波形变差(退化)，出现了非正常形变，称为信 号完整性被破坏。噪声可以转化为抖动，见DSI2.65式。
信号完整性退化是物理互连设计不当又工作在高 速环境下的直接后果。
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0.2 互连的范畴
所有电子产品都可以解释为元器件及其互连。说到底，都可以 看作是靠不同层次下互连“编织”成的作品。
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同层屏蔽线
Gnd
VDD
屏蔽层
Gnd
衬底层(Gnd) 图0-12 芯片内对抗线间串扰的屏蔽措施剖面说明
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图0-13 为了减小电感，实际PCB去耦电容过孔的安装情况
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VDD
板线
键合线 芯片内核
【信号完整性测试方法】时域测试(波形、眼图、抖动、TDR、时序)要求 及 仪器设备
【信号完整性测试方法】时域测试（波形、眼图、抖动、TDR、时序）要求及仪器设备信号完整性测试方法简介信号完整性设计，在电路板设计过程中备受重视。
熟悉各类测试方法的特性，按照测试对象的特征和需求，选用合适些测试方法，对于选择方案，验证效果能够大大提高效率。
目前信号完整性的测试方法较多，从大的方向有频域测试、时域测试、其它测试。
（3类方法不是任何情况下都适合使用，信号完整性的测试方法，需要用到的仪器也很多。
）时域测试时域测试涵盖波形测试、眼图测试、抖动测试、TDR测试、时序测试。
01波形测试波形测试：是信号完整性测试最基础的方法，通常使用示波器进行测试。
测试波形的幅度、毛刺、边沿等。
通过测试波形的特征，分析幅度、边沿时间等指标是否满足要求。
波形测试需要遵循一定要求，才能保证测试误差尽量小。
⏹主机和探头一起配套的带宽要满足要求。
基板上测试系统的带宽应该在测试信号带宽的3倍以上。
在工程实践中，有的工程师随意找些探头就测试，不同厂家的探头匹配不同厂家的示波器，综合情况测试系统的误差就会很大。
⏹其次，需要注重细节。
如测试点一般选择在接收器件的附近，若条件限制无法测试，像BGA封装这类的器件，需要放在靠近Pin脚的PCB走线上或者Via上。
间隔接收器件PIn脚太远，信号发射，可能会促使测试结果和实际真实信号差异较大。
探头的接地线，也尽可能选择短的地线等。
⏹最后，应该考虑匹配。
主要关于使用同轴电缆测试的应用场景，同轴接到示波器上，负载常规是50Ω阻抗的直流耦合，对于有的电路，需要直流偏置，直接将测试系统接入会导致电路工作状态有影响，最终导致测试不到正常的波形。
02眼图测试眼图测试：针对有相关规范要求的接口（USB、SATA、HDMI、光接口）等。
通过具有MASK的示波器（含通用示波器、采样示波器、信号分析仪）。
这类示波器内部具有的时钟提取功能，能够显示眼图。
然而对于没有MASK的示波器，需要使用外接时钟实现触发。
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。
信号完整性的常用的三种测试
信号完整性的常用的三种测试
信号完整性的测试手段主要可以分为三大类，下面对这些手段进行一些说明。
抖动测试
抖动测试现在越来越受到重视，因为专用的抖动测试仪器，比如TIA(时间间隔分析仪)、SIA3000，价格非常昂贵，使用得比较少。
使用得最多是示波器加上软件处理，如TEK的TDSJIT3软件。
通过软件处理，分离出各个分量，比如RJ和DJ，以及DJ中的各个分量。
对于这种测试，选择的示波器，长存储和高速采样是必要条件，比如2M以上的存储器，20GSa/s的采样速率。
不过目前抖动测试，各个公司的解决方案得到结果还有相当差异，还没有哪个是权威或者行业标准。
波形测试。
啥样的信号才完整？
啥样的信号才完整？信号完整性包含：波形完整性（Waveform integrity）时序完整性（Timing integrity）电源完整性（Power integrity）信号完整性分析的目的就是用小的成本，快的时间使产品达到波形完整性、时序完整性、电源完整性的要求；我们知道：电源不稳定、电源的干扰、信号间的串扰、信号传输过程中的反射，这些都会让信号产生畸变，所以我们研究讯号完整性就需要研究差分讯号，讯号的反射，讯号的串扰等等参数，今天我们系统性的回顾下！1信号完整性的定义信号完整性（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，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端时，该电路就有很好的信号完整性，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。
随着信号速率的提高，差分互连得到越来越多的应用。
实际上差分对是具有耦合的传输线，其主要用的是差分信号的特征，用差分对来实现。
差分信号利用两个输出驱动来驱动两条传输线。
其中一根携带信号，另一根携带它的互补信号，两条传输线上面的压差就是需要传输的信息。
在差分信号的传输过程中，主要是以两条传输线为传输载体，差分驱动器输出的是边缘能够对齐的两个信号，但是正好方向相反，如下图所示。
两个高速信号分别传输，接收端在信号抵达接收器时对两个信号作差分检测，得到的差值就是差分信号，但是今天我们聊的是信号完整性，就是我们常说的SI参数,其名词解释就是指讯号线上的信号质量，讯号完整性不是由单一某一个因素导致的，而是讯号通讯过程中和设计中可能引起的多种因素引起的，我们也需要知道相关测试参数名词的解释！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。
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。
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常见的传输线
同轴电缆实物照片
双绞线实物照片
什么情况用传输线方式考虑（一）
集总模型(lumped model)
FR4 PCB板大约为15cm = 1ns 传统的TTL逻辑变换的速度约为10ns V AA’ = V BB’与IA = IB
什么情况用传输线方式考虑（一）
分布模型(distributed model)
信号完整性分析
有两类设计人员…… 已经遇到信号完整性问题的人员 和将要遇到信号完整性问题的人员
内容介绍
信号完整性设计
波形完整性 电源完整性 时序完整性（暂时不讲）
高速PCB技术
叠层、布线、电源
信号完整性设计
信号完整性定义 波形完整性
信号完整性定义
信号完整性（Signal Integrity，简称SI）是 指在信号线上的信号质量。
减小串扰的方法
减小串扰的方法就是想办法减小互感和互容。 通过上面的仿真结果，我们可以得出常用的 减小串扰的方法：
尽量走带状线，少走微带线 减小相邻走线的并行长度 增大相邻走线的间距 减小走线层和平面层的距离 使用信号沿较缓的器件
串扰的其他注意点
除了上面我们通过仿真得到的一些减小串扰的 方法外，串扰的其它注意点还包括： 1、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 2、对于多条平行线的情况，其中某一线上的串 扰为其它各条线各自对其串扰的综合结果，某 些情况下，串扰可以抵消；同样也可能增强。 3、对于传输周期信号的信号线，串扰也是周期 性的 4、差分信号对其他信号的串扰或者抗串扰能力 要比单端信号好一些
谢谢！
信号速度
4.2~4.4
高频时，？ 4.2
一次反射的过程
反射
当信号在线终端处的阻抗 不连续点被反射时，信号 的一部分将反射回源头。 当反射信号到达源头时， 若源头端阻抗不等于传输 线阻抗将产生二次反射。 接着，由于传输线的两端 都存 在阻抗不连续，信号将在 驱动线路和接收线路之间 来回反射，最终达到直流 稳态。
传输线的分类
仅从PCB设计角度来看，我们只 能碰到两种传输线： 带状线（stripline） 微带线（microstrip） 从信号质量的保证来讲：带状线 优于微带线 从EMI/EMC角度讲：带状线优于 微带线 FR4 信号传输速度：微带线优于带状 微带线 线 带状线 需要注意的两点：时延和阻抗
微带线和带状线的串扰
前向串扰：由互感和互容 引起的，两者在被侵害网 络上引起的耦合电流方向 相反。 信号线走在内层时，两者 引起的串扰大小基本相同， 方向相反，从而大部分相 互抵消。这时候前向串扰 对信号的影响可以忽略不 计了，后向串扰成为我们 关注的重点。 所以要求所有高速信号和 时8 信号速度 1.5-1.6*10^8
传输线特征阻抗及无损耗模型
特征阻抗是指信号沿传输线传播时，信号 看到的瞬间阻抗的值 无损模型：R=0， G=0。
传输线特性
PCB上衰减主要 取决于 —— G 特征阻抗取决于 L，C
V L Z in I C
信号完整性内容
波形完整性（Waveform integrity） 电源完整性（Power integrity） 时序完整性（Timing integrity）
信号完整性分析的目的就是用最小的成本， 最快的时间使产品达到波形完整性、时序 完整性、电源完整性的要求
信号完整性设计
信号完整性定义 波形完整性 传输线，串扰
例如0.5ns的上升沿 在传输线上的电压会不一致 V AA’ ≠ V BB’与IA ≠ IB
什么情况用传输线方式考虑（二）
当导线长度能够和波长进 行比拟的时候，就应该按 照传输线考虑问题 1GHz，pcb板上的波长 λ=Vp/f=1.5*108/109 =0.15m 基尔霍夫定律已经不能适 用
端接
源端匹配 要求缓冲器阻抗和电 阻值的和等于传输线 的特征阻抗
终端匹配
串扰
串扰是指当信号在传输线上传播时，因电 磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电 压噪声。
前向串扰、后向串扰
容性耦合和感性耦合在前向和后向产生耦合电流。 对应的串扰叫前向串扰（又名远端串扰）和后向 串扰（又名近端串扰）。