信号完整性问题
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。
信号完整性需要重视的几大关键问题
信号完整性需要重视的几大关键问题信号完整性是许多设计人员在高速数字电路设计中涉及的主要主题之一。
信号完整性涉及数字信号波形的质量下降和时序误差，因为信号从发射器传输到接收器会通过封装结构、PCB走线、通孔、柔性电缆和连接器等互连路径。
当今的高速总线设计如LpDDR4x、USB 3.2 Gen1 / 2(5Gbps / 10Gbps)、USB3.2x2(2x10Gbps)、PCIe和即将到来的USB4.0(2x20Gbps)在高频数据从发送器流向接收器时会发生信号衰减。
本文将概述高速数据速率系统的信号完整性基础知识和集肤效应、阻抗匹配、特性阻抗、反射等关键问题。
随着硅节点采用10nm、7nm甚至5nm工艺，这可以在给定的芯片尺寸下实现高集成度并增加功能。
在移动应用中，趋势是更高的频率和更高的数据速率，并降低工作核心电压如0.9v、0.8V、0.56V甚至更低以优化功耗。
在较低的工作电压下以较高的频率工作会使阈值电平或给定位数据的数据有效窗口变小，从而影响走线和电源层分配功率以及“眼图”的闭合度。
由较高频率和较低工作电压引起的闭眼，增加了数据传输误差的机会，因而增加了误码率，这就需要重新传输数据流。
重传会导致处理器在较长时间处于有源模式以重传数据流，这会导致移动应用更高的功耗并减少使用日(DOU)。
图1. 频率和较低电压对眼图张开的影响在给定的高频设计中增加其它设计挑战如信号衰减、反射、阻抗匹配、抖动等时，很明显，信号损耗使接收器难以正确译出信息，从而增加了误差的机会。
数据流中的时钟采样在接收器处，数据是在参考时钟的边缘处采样的。
眼图张开越大，就越容易将采样CLK设置在给定位的中间以采样数据。
任何幅值衰减、反射或任何抖动，都将使眼图更闭合并使数据有效窗口和有效位时间变得更窄，从而导致接收端出现误差。
图2. CLK采样现在，让我们检查何时需要将通道或互连视为传输线，并查看在智能手机或平板电脑等系统中传输损耗的一些主要原因。
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。
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。
电气工程中的信号完整性分析
电气工程中的信号完整性分析在当今高度数字化和信息化的时代，电气工程领域的发展日新月异。
从智能手机到超级计算机，从医疗设备到航空航天系统，电子设备在我们的生活中无处不在。
而在这些复杂的电子系统中，信号完整性成为了确保设备性能稳定、可靠运行的关键因素。
信号完整性，简单来说，就是指信号在传输过程中保持其准确性、完整性和及时性的能力。
如果信号在传输过程中出现失真、衰减、反射、串扰等问题，就可能导致系统性能下降、误码率增加、甚至系统故障。
因此，对电气工程中的信号完整性进行深入分析和研究具有极其重要的意义。
首先，让我们来了解一下信号完整性问题产生的原因。
信号在传输线上传播时，会遇到各种阻抗不匹配的情况。
比如，当信号从驱动源输出，经过传输线到达负载时，如果驱动源的输出阻抗、传输线的特性阻抗和负载的输入阻抗不匹配，就会引起信号的反射。
反射的信号会与原信号叠加，导致信号波形失真。
此外，相邻传输线之间的电磁耦合会产生串扰，使得相邻信号之间相互干扰。
同时，传输线的损耗会导致信号的衰减，从而影响信号的强度和质量。
为了分析信号完整性问题，我们需要一些重要的工具和技术。
时域反射计（TDR）就是其中之一。
TDR 可以通过向传输线发送一个快速上升的脉冲，并测量反射回来的脉冲，来确定传输线中的阻抗不连续点和故障位置。
另一个常用的工具是示波器，它可以直观地显示信号的波形，帮助我们观察信号的失真、噪声等问题。
此外，还有一些仿真软件，如ADS、HFSS 等，可以在设计阶段对电路进行建模和仿真，预测可能出现的信号完整性问题，并提前采取优化措施。
在实际的电气工程应用中，信号完整性问题在高速数字电路中尤为突出。
随着数字信号的频率不断提高，信号的上升时间和下降时间变得越来越短，这对信号传输的要求也越来越高。
例如，在计算机主板上，高速的总线信号需要在严格的时序要求下进行传输，如果出现信号完整性问题，可能会导致数据传输错误，影响计算机的性能。
在通信系统中，高速的射频信号也需要保持良好的完整性，以确保信号的质量和传输距离。
集成电路设计中的信号完整性问题研究
集成电路设计中的信号完整性问题研究一、引言随着电子技术的不断发展，集成电路已经成为电子产品中不可或缺的核心组成部分。
然而，在集成电路设计中，信号完整性问题却日益严重，这给电子产品的可靠性和稳定性带来了极大的挑战。
因此，针对集成电路设计中的信号完整性问题进行深入研究和探索，对于促进电子产业的发展具有重要的意义。
本文将从信号完整性问题的定义和产生原因、常见的信号完整性问题和解决方案等方面进行研究和探讨。
二、信号完整性问题的定义和产生原因信号完整性可以理解为电路中信号的传输质量，在信号传输过程中，信号的形状、振幅、时序等参数是否能够被准确地保持和传输。
信号完整性问题的产生原因有很多方面，如：1. PCB 布线设计不合理PCB 布线设计是影响集成电路信号完整性的一个重要因素。
如果布线中存在走线不合理、线宽不匹配、走线长度过长、贴片电容与走线之间的连接路线过长等问题，都会导致信号的反射、串扰等问题，从而影响信号传输的质量。
2. 电源噪声电源噪声会对集成电路产生干扰，从而影响信号传输完整性。
特别是在高速逻辑电路中，电源噪声会导致逻辑电路输出的时序不稳定，产生误码等问题。
3. 瞬态噪声在高速数字电路中，由于瞬态噪声的存在，会使电路中出现不可预料的反射、回波等问题，从而影响信号传输完备性。
三、常见的信号完整性问题1. 反射噪声在 PCB 布线中，由于走线的长度和走线连接的器件造成了电路信号的反射，从而引起信号反射噪声。
这是影响信号完整性的一个重要因素。
2. 串扰在 PCB 布线中，当两个信号走线之间出现并行、交叉等状态时，会产生信号串扰，从而引起信号完整性的降低。
3. 跳变噪声在高速数字电路中，由于电路中输出的跳变噪声会影响到其他线路上的信号，从而影响信号完整性。
4. 时钟抖动在集成电路时钟频率较高的情况下，由于抖动的存在，会影响时钟信号的完整性，从而影响逻辑电路的稳定性和可靠性。
四、信号完整性问题的解决方案为了解决集成电路中的信号完整性问题，需要从 PCB 布线、信号调用、电源设计等方面进行优化。
电路板级的信号完整性问题和仿真分析
电路板级的信号完整性问题和仿真分析摘要：今天随着电子技术的发展，电路板设计中的信号完整性问题已成为PCB设计者必须面对的问题。
信号完整性指的是什么？信号在电路中传输的质量。
由于电子产品向高速、微型化的发展，导致集成电路开关速度的加快，产生了信号完整性问题。
常见的问题有反弹、振铃、地弹和串扰等等。
这些问题将会对电路板设计产生怎样的影响？通过理论分析探讨，找到解决它们的一些途径。
传统的PCB设计是在样机中去测试问题，极大的降低了产品设计的效率。
使用EDA工具分析，可以将问题在计算机中进行暴露处理，降低问题的出现，提高产品的设计效率。
这里以Altium Designer 6.0工具为例，介绍分析解决部分信号完整性问题的方法。
关键词：信号完整性 Altium Designer 6.0 仿真分析[中图分类号] O59 [文献标识码] A [文章编号] 1000-7326（2012）04-0125-0320世纪初叶，科学家先后发明了真空二极管和三极管，它代表人类进入了电子技术时代。
随后半导体晶体管和集成电路的出现，将电子技术推向了一个新的时期。
特别是IC芯片的发展，使电子产品越来越趋向于小型化、高速化、数字化。
但同时却给电子设计带来一个新的问题：体积减小导致电路的布局布线密度变大，而同时信号的频率也在迅速提高，如何处理越来越快的信号。
这就是我们硬件设计中遇到的最核心问题：信号完整性。
为什么我们以前在学校学习和电子制作中没有遇到呢？那是因为在模拟电路中，采用的是单频或窄频带信号，我们关心的只是电路的信噪比，没有去考虑信号波形和波形畸变；而在数字电路中，电平跳变的信号上升时间比较长，一般为几个纳秒。
元件间的布线不会影响电路的信号，所以都没有去考虑信号完整性问题。
但是今天，随着GHz时代的到来，很多IC的开关速度都在皮秒级别，同时由于对低功耗的追求，芯片内核电压越来越低，电子系统所能容忍的噪声余量越来越小，那么电路设计中的信号完整性问题就突现出来了。
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。
图讲信号完整性
信号完整性基础信号完整性问题过冲（overshoot/undershoot)振铃(ringing/ring back)非单调性(non-monotonic)码间串扰（ISI）同步开关噪声（SSN）噪声余量(noise margin)串扰(crosstalk)信号完整性（Signal Integrity）主要包括以下几方面问题：1.过冲（Overshoot/Undershoot)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。
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。
5. 同步开关噪声（SSN）同步开关噪声会使单根静止的信号线上出现毛刺?V，另外还会影响输入电平的判断。
SSN的另一种现象是SSO（同步开关输出），这会使得传输线的特性如阻抗、延时等特性发生改变。
6. 噪声裕量（Noise Margin）控制噪声余量的目的是防止外界干扰，用于克服仿真没有分析到的一些次要因素。
一般对于TTL信号应留有200~300mV的余量。
7. 串扰（Crosstalk）串扰主要有线间串扰、回路串扰、通过平面串扰（常见于数模混合电路）三种形式。
通常示波器所观察到的数字信号。
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。
时序分析--信号完整性问题（SI）（转载）
时序分析--信号完整性问题（SI）（转载）时序分析1. 共同时钟系统所谓共同时序系统就是指驱动端和接收端的同步时钟信号都是由⼀个系统时钟发⽣器提供。
图1就是⼀个典型的共同时钟系统的⽰意图，在这个例⼦中，驱动端向接收端传送数据，我们可以将整个数据传送的过程考虑为三个步骤：1. 核⼼处理器提供数据；2.在第⼀个系统时钟上升沿到达时，DRIVER将数据Dp锁存⾄Qp输出；3.Qp沿传输线传送到接收端触发器的Dc，并在第⼆个时钟上升沿到达时，将数据传送到RECEIVER内部。
⼀般来说，标准普通时钟系统的时钟信号到各个模块是同步的，即图中的Tflight clka和Tflight clkb延时相同。
通过分析不难看出，整个数据从发送到接收的过程需要经历连续的两个时钟沿，也就是说，如果要使系统能正常⼯作，就必须在⼀个时钟周期内让信号从发送端传输到接收端。
如果信号的传输延迟⼤于⼀个时钟周期，那么当接收端的第⼆个时钟沿触发时，就会造成数据的错误读取，因为正确的数据还在传输的过程中，这就是建⽴时间不⾜带来的时序问题。
⽬前普通时序系统的频率⽆法得到进⼀步提升的原因就在于此，频率越⾼，时钟周期越短，允许在传输线上的延时也就越⼩，200-300MHz已经⼏乎成为普通时序系统的频率极限。
那么，是不是传输延时保持越⼩就越好呢？当然也不是的，因为它还必须要满⾜⼀定的保持时间。
在接下来⼏节⾥，我们就建⽴和保持时间来分析⼀下时序设计需要考虑的⼀些问题以及正确的系统时序所必须满⾜的条件。
1.1 时序基本参数对于时序问题的分析，我们⾸先要清楚地理解相关的⼀些时序参数的具体含义，⽐如Tco，缓冲延时，传播延迟，最⼤/⼩飞⾏时间，建⽴时间，保持时间，建⽴时间裕量，保持时间裕量，时钟抖动，时钟偏移等等，如果对这些参数的概念理解不深刻，就很容易造成时序设计上的失误。
⾸先要阐明的是Tco和缓冲延时（buffer delay）的区别。
从定义上来说，Tco是指时钟触发开始到有效数据输出的器件内部所有延时的总和；⽽缓冲延时是指信号经过缓冲器达到有效的电压输出所需要的时间。
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。
信号完整性
高速信号传输完整性1 何时考虑信号完整性问题：信号畸变到了无法容忍的程度就要考虑信号完整性问题，如果畸变较小，对于电路板不会产生影响，可是如果畸变很大，就可能影响电路的功能。
一般信号传输高于80MHZ的电路就会产生畸变。
2 产生畸变的原因：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。
3 畸变导致的波形失真：波形失真主要跟信号陡峭的上升沿有关。
上升沿越短，信号的带宽越宽，信号就越完整。
4 传输导线的影响：存在临界长度的概念，信号在pcb走线上传输需要一定的时间，普通FR4板材上传输时间约为每纳秒6英寸，当然表层走线和内层走线速度稍有差别。
当走线上存在阻抗突变就会发生信号反射，这和走线长度无关。
试验中发现的经验数据为，当信号在pcb走线上的时延高于信号上升沿的20%时，信号会产生明显的振铃。
对于上升时间为1ns的方波信号来说，pcb走线长度为0.2*6=1.2inch以上时，信号就会有严重的振铃。
所以临界长度就是1.2inch，大约3cm。
5 信号振铃现象的产生：如图，这是一个典型的信号振铃现象，振铃现象是有信号的反射引起的。
如果信号传输过程中感受到阻抗的变化，就会发生信号的反射。
这个信号可能是驱动端发出的信号，也可能是远端反射回来的反射信号。
根据反射系数的公式，当信号感受到阻抗变小，就会发生负反射，反射的负电压会使信号产生下冲。
信号在驱动端和远端负载之间多次反射，其结果就是信号振铃。
大多数芯片的输出阻抗都很低，如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗，那么在没有源端端接的情况下，必然产生信号振铃。
6 信号反射主要包括：1）PCB走线宽度变化产生的反射；走线宽度变化会引起阻抗变化，因此发生反射。
2）接收端容性负载的反射；存在寄生电容。
3）PCB走线中途容性负载反射。
PCB走线中途会经过过孔、测试点焊盘、短的stub线等，都存在寄生电容，必然对信号造成影响。
芯片设计中的信号完整性问题如何解决
芯片设计中的信号完整性问题如何解决在当今高度数字化的时代，芯片作为电子设备的核心组件，其性能和可靠性至关重要。
而在芯片设计过程中，信号完整性问题是一个关键的挑战，若处理不当，可能会导致芯片性能下降、功能出错甚至完全失效。
那么，究竟什么是信号完整性问题，又该如何有效地解决呢？首先，让我们来理解一下什么是信号完整性问题。
简单来说，信号完整性就是指信号在传输过程中保持其预期的特性，包括幅度、频率、相位等。
当信号在芯片内部的导线、引脚、封装以及电路板等传输路径上传播时，可能会受到多种因素的影响，从而导致信号完整性问题的出现。
其中一个常见的问题是信号反射。
这就好比声音在一个封闭的房间里来回反射，导致声音变得模糊不清。
在芯片中，当信号遇到阻抗不连续的地方，比如导线的拐角、不同层之间的连接点等，就会发生反射。
反射的信号与原始信号叠加，可能会造成信号的失真和抖动，影响芯片的正常工作。
另一个重要的问题是串扰。
想象一下在一条拥挤的马路上，车辆之间相互干扰。
在芯片内部，相邻的导线之间会存在电容和电感耦合，当一根导线上的信号发生变化时，会通过这种耦合影响到相邻导线上的信号，这就是串扰。
严重的串扰可能会导致信号误判，引发错误的操作。
还有一个不容忽视的问题是电源完整性。
芯片中的各个电路模块都需要稳定的电源供应，如果电源线上存在电压波动、噪声等问题，就会影响电路的性能和可靠性。
那么，如何解决这些信号完整性问题呢？以下是一些常见的方法和策略。
在设计阶段，合理的布局布线是至关重要的。
设计师需要精心规划芯片内部的导线走向，尽量减少导线的长度和拐角，避免出现阻抗不连续的情况。
同时，要合理安排电路模块的位置，减小信号传输的距离，降低信号衰减和延迟。
对于信号反射问题，可以通过终端匹配技术来解决。
常见的终端匹配方式有串联匹配、并联匹配和戴维南匹配等。
这些匹配技术可以有效地消除信号反射，保证信号的完整性。
为了减少串扰，增大导线之间的间距是一个有效的方法。
信号完整性不好的原因
信号完整性不好的原因1.信号传输距离过长：信号在传输过程中会受到衰减和噪声的影响。
当传输距离过长时，衰减和噪声会导致信号的完整性受到损害。
衰减是指信号的功率或振幅随距离的增加而减弱，噪声是指在信号传输过程中受到外部电磁干扰而引入的随机振荡。
传输距离过长会增加衰减和噪声的影响，使信号完整性下降。
2.传输介质质量不好：不同的传输介质具有不同的噪声和衰减特性。
例如，电缆传输信号时，电缆的材料、结构、长度和电缆之间的连接质量等因素都会对信号完整性产生影响。
如果传输介质的质量不好，例如电缆的损耗较大、电子元件损坏或接头接触不良等，都会导致信号完整性不佳。
3.信号时钟不稳定：在数字通信中，时钟用于同步发送和接收端的数据。
如果时钟不稳定或存在偏差，那么发送和接收端的数据可能不会按预期的方式进行传输和接收，从而导致信号完整性不好。
时钟抖动、时钟漂移和时钟偏移等问题都可能会影响信号的完整性。
4.多径效应：多径是指信号在传输路径上遇到反射、折射和散射等现象，导致信号到达接收端的时间和相位发生变化。
多径效应会导致信号在时间和频率上发生失真，从而降低信号的完整性。
多径效应在无线通信中尤为常见，例如在城市或室内环境中。
6.温度和湿度环境：温度和湿度环境的变化也可能对信号完整性产生影响。
温度的变化可以导致电子元器件参数的变化，湿度的变化可能导致电路板上的电磁耦合和湿气的导电效应。
这些因素都可能对信号的完整性产生一定的影响。
总结起来，信号完整性不好的原因包括信号传输距离过长、传输介质质量不好、信号时钟不稳定、多径效应、电磁干扰以及温度和湿度环境的影响。
为了保证信号的完整性，需要对这些因素进行相应的分析和控制。
解决信号完整性问题的100条通用设计原则（干货）
解决信号完整性问题的100条通用设计原则（干货）具有40年研究经验的国际大师Eric Bogatin给出的：100条使信号完整性问题最小化的通用设计原则No.1 网络信号质量问题最小化策略---保持信号在整个路径中感受到的瞬态阻抗不变。
设计原则：1．使用可控之阻抗布线。
2．理想情况下，所有的信号应使用低电平平面作为参考平面。
3．若使用不同的电压平面作为信号的参考平面，则这些平面之间必须是紧耦合。
为此，用最薄的介质材料将不同的电压平面隔开，幷使用多个传感量小的去耦合电容。
4．使用2D场求解工具计算给定特性阻抗的叠层设计规则，其中包括阻焊层和布线厚度的影响。
5．在点到点的拓扑结构中，无论单向还是双向，都要使用串联端接策略。
6．在多点总线中要端接总线上的所有节点。
7．保持桩线的时延小于最快信号的上升时间的20%。
8．终端电阻应尽可能接近封装焊盘。
9．如果10pF电容的影响不要紧，就不用担心拐点的影响。
10．每个信号都必须有返回路径，它位于信号路径的下方，其宽度至少是信号线宽的三倍。
11．即使信号路径布线绕道进行，也不要跨越返回路径上的突变处。
12．避免在信号路径中使用电气性能变化的布线。
13．保持非均匀区域尽量短。
14．在上升时间小于1 ns的系统中，不要使用轴向引脚电阻，应使用SMT电阻幷使其回路电感最少。
15．当上升时间小于150 ps时，尽量减小终端SMT电阻的回路电感，或者采用集成电阻以及嵌入式电阻。
16．过孔通常呈现容性，减少捕获焊盘和增加反焊盘出砂孔的直径可以减少过孔的影响。
17．可以考虑给低成本线接头的焊盘添加一个小电容来补偿它的高电感。
18．在布线时，使所有差分对的差分阻抗为一常量。
19．在差分对中尽量避免不对称性，所有布线都应该如此。
20．如果差分对中的线距发生改变，也应该调整线宽来保持差分阻抗不变。
21．如果在差分对的一根线上添加一根时延线，则应添加到布线的起始端附近，幷且要将这一区域内的线条间进行去耦合。
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
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。
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二信号的完整性问题及解决办法
两个方面（时序和电平）
信号完整性(Signal Integrity)是指信号未受到损伤的一种状态，它表示信号质量和信号传输后仍保持正确的功能特性。
良好的信号完整性是指在需要时信号仍能以正确的时序和电压电平值作出响应。
随着高速器件的使用和高速数字系统设计越来越多，系统数据速率、时钟速率和电路密集度都在不断增加。
在这种设计中，系统快斜率瞬变和工作频率很高，电缆、互连、印制板(PCB)和硅片将表现出与低速设计截然不同的行为，即出现信号完整性问题。
信号完整性问题能导致或者直接带来信号失真，定时错误，不正确数据、地址和控制线以及系统误工作甚至系统崩溃，解决不好会严重影响产品性能并带来不可估量的损失，已成为高速产品设计中非常值得注意的问题。
信号完整性问题的真正起因是不断缩减的信号上升与下降时间。
一般来说，当信号跳变比较慢即信号的上升和下降时间比较长时，PCB中的布线可以建模成具有一定数量延时的理想导线而确保有相当高的精度。
此时，对于功能分析来说，所有连线延时都可以集总在驱动器的输出端，于是，通过不同连线连接到该驱动器输出端的所有接收器的输入端在同一时刻观察都可得到相同波形。
然而，随着信号变化的加快，信号上升时间和下降时间缩短，电路板上的每一个布线段由理想的导线转变为复杂的传输线。
此时信号连线的延时不能再以集总参数模型的方式建模在驱动器的输出端，同一个驱动器信号驱动一个复杂的PCB连线时，电学上连接在一起的每一个接收器上接收到的信号就不再相同。
从实践经验中得知，一旦传输线的长度大于驱动器上升时间或者下降时间对应的有效长度的1/6，传输线效应就会出来，即出现信号完整性问题，包括反射、上冲和下冲、振荡和环绕振荡、地电平面反弹和回流噪声、串扰和延迟等。
表1列出了高速电路设计中常见的信号完整性问题，以及可能引起该信号完整性的原因，并给出了相应的解决方法。
目前，解决信号完整性问题的方法主要有电路设计、合理布局和建模仿真。
电路设计中，通常采用以下方法来解决信号完整性问题：·控制同步切换输出数量，控制各单元的最大边沿速率(dI/dt和dV/dt)，从而得到最低且可接受的边沿速率；·为高输出功能块(如时钟驱动器)选择差分信号；·在传输线上端接无源元件(如电阻、电容等)，以实现传输线与负载间的阻抗匹配。
端接策略的选择应该是对增加元件数目、开关速度和功耗的折中，且端接串联电阻R或RC电路应尽量靠近激励端或接收端。
布线非常重要，设计者应该在不违背一般原则的前提下，利用现有的设计经验，综合多种可能的方案，优化布线，消除各种潜在的问题。
一方面要充分利用现有的、已经过验证的布线经验，将它们应用于布线工作中；另一方面要积极利用一些信号完整性方面的仿真工具，约束、指导布线。
合理进行电路建模仿真是最常见的信号完整性解决方法。
在高速电路设计中，仿真分析越来越显示出优越性。
它给设计者以准确、直观的设计结果，便于及早发现问题，及时修改，从而缩短设计时间，降低设计成本。
在进行电路建模仿真过程中，设计者应对
相关因素作合理估计，依据适当的仿真工具建立合理模型。
对于IC应用，可利用仿真来选择合理的端接元件并优化元器件布局，完成正确的端接策略和布局约束机制，从而解决信号完整性问题。
要真正在电路设计、合理布局和建模仿真中解决信号完整性问题，相应的EDA工具是不可缺少的。
下面我们将具体介绍利用仿真工具来进行信号完整性问题分析的方法。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O buffer快速准确建模的方法，是反映芯片驱动和接收电气特性的一种国际标准，它提供一种标准的文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数以及驱动器、接收器的行为描述，但不泄漏电路内部构造的知识产权细节。
欲使用IBIS进行实际的仿真，需要先完成以下工作：(1) 获取有关芯片驱动器和接收器的原始信息源；(2) 获取一种将原始数据转换为IBIS格式的方法；(3) 提供用于仿真的可被计算机识别的布局布线信息；(4) 提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算的软件工具；IBIS提供两条完整的V-I曲线，分别代表驱动器为高电平和低电平状态，以及在确定转换速度下状态转换的曲线。
V-I曲线的作用在于为IBIS提供保护二极管、TTL图腾柱驱动源和射极跟随输出等非线形效应的建模能力。
由上可知，IBIS模型的优点可以概括为：
·在I/O非线形方面能够提供准确的模型，同时考虑了封装的寄生参数与ESD结构；
·提供比结构化的方法更快的仿真速度；
·可用于系统板级或多板的信号完整性分析仿真。
可用IBIS模型分析的信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、阻抗不匹配、传输线分析、拓扑结构分析等。
IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细的仿真，可用于检测最坏情况的上升时间条件下的信号行为及一些物理检测无法解决的情况。
(1)器件选择
为实现某一功能，很多厂家都可提供相应的器件完成。
这样，在主器件已定的情况下，究竟选哪一厂家的器件为好，在低速系统设计中不成问题。
但在高速系统设计中就可能成为重要问题之一，因为不同器件之间匹配效果不同。
这时，如果我们利用仿真工具先进行一下仿真，将主器件与各外围器件之间的匹配情况先行掌握，那么在设计真正开始之前我们就能将最匹配的器件选中，从而一开始就将信号完整性问题加以控制。
(2)确认仿真分析的信号
对于一般高速PCB设计来说，不要求所有的信号都要做信号完整性分析，因为有些信号属于低速信号且对信号的要求不太严格。
这时只对要求严格的信号进行仿真即可，节约研发时间。
(3) 获取模型
模型的正确与否将直接影响到仿真结果，因此必须保证元器件的模型参数能正确反应仿真的规定条件，如频率、电平等。
(4)定义仿真参数
仿真参数，是指驱动源的开关速度、布线最大/最小允许长度、传输线阻抗、阻抗容限及PCB 参数等。
在仿真前，定义好各种仿真参数是很重要的，因为参数不准确，仿真结果将不可信。
同时，采用哪种分析方式也要谨慎考虑，设计后的信号反射及串扰往往能反映实际走线的真实情况。
而对于约束条件，一定要根据逻辑电平要求和器件本身的参数去确定，可通过元器件的电气参数、规格书等来确认合理的值。
(5)仿真分析
当所有条件和参数设定好后，即可开始进行仿真计算了。
由于信号多且计算量大，因此，最好先找一些最极端的条件来仿真，如最短、最大的长度等。
这样可及时发现问题，并做出修改。
(6)分析输出结果并保存分析资源
输出结果有报表和波形两种方式。
对于多个网络分析，通常是先看报表，如果发现可疑和超出范围的报告数据，再看波形分析原因。
预走线分析的结果通常是用于产生约束条件，而走线后分析的结果则是验证真实的设计能否满足所规定的约束条件。
一旦发现数据超出范围，应该找出解决方法，并再次仿真。
通常的解决方法有检查电源、地层分配，拓扑结构，终端匹配的方法，改用不同速度的器件，以及重新摆放器件等。
具体根据设计的方式方法不同而分析原因。
当分析完成后，就可将获得的约束条件等电气规则保存下来并嵌入到具体的PCB布局布线中。
遵守这些约束条件，设计人员就可基本解决高速PCB设计中出现的信号完整性问题。
另外，当分析完成后，设计者还应将分析的结果数据及各种条件参数保存下来，以便以后应用到类似的设计线路中，缩短开发周期。
SpectraQuest SI Expert是Cadence公司为了满足高速PCB设计而开发的一个集成设计分析环境，可以解决在设计的各个环节中存在的与电气性能相关的问题。
通过对时序、信噪、串扰、电源构造和电磁兼容等多方面因素进行分析，SpectraQuest SI Exper 可以使设计工程师在进行实际的布局布线之前对系统的时间特性、信号完整性、EMI等问题作一个最优化的设计。
SpectraQuest SI Exper可以接受许多第三方厂商的IBIS模型，并提供强大易用的参数设置环境，针对不同设计要求规定不同的约束条件。
这些约束条件包括范围广泛
的物理和电气性能参数，如PCB线宽、过孔数目、阻抗范围、峰值串扰、上、下冲特性、信号延时和阻抗匹配等。
不同的约束条件可以通过参数分配表分配给电路板上不同的特定区域。
这样，利用IBIS模型，SpectraQuest SI Exper就可对电路进行仿真。
图1表示了一个高速PCB 设计分析流程，SpectraQuest SI Expert在其中起作用的部分在图中进行了标注。
SpectraQuest SI Exper内部包括SigXplorer、SigNoise等信号完整性分析工具。
SigXplorer 能够接受IBIS模型，将其转换为独特的设计模型化语言DML以完成复杂I/O结构的建模，然后对其进行十分快速的仿真。
SigXplorer 中的Constraint Manager能够对仿真中使用的参树进行管理，并将其嵌入到后续布局布线约束条件中。
SigNoise是对信噪、串扰和电磁兼容进行分析的工具环境，包括Tlsim传输线分析器、波形显示器等。