100条使信号完整性问题最小化的通用设计原则
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。
信号完整性
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14
电感的物理基础
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例如：一芯片工作电压为3.3V，允许的波
动为5%，功耗为1W，则C=2×Δt，如果稳压器
• 例如，介电常数为4，单位长度电容为 3.3pF/in，则传输线的瞬态阻抗Z=50Ω
• 上面公式的推算用的是零阶等效模型， 及电容等效模型；如果考虑电感效应，即 用一阶模型近似时，传输线的特性阻抗为 Z0=(LL/CL)1/2
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传输线的物理基础
• 五、返回路径中参考平面的切换 1、如下图，信号路径的相邻平面不是被驱 动的平面，则驱动器受到的阻抗为Zdriver=Z12+Z2-3，由于Z2-3是两平面间的阻抗，它是一 个很小的值，所以， 阻抗主要由Z1-2决定。
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。
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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。
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。
国际大师总结：信号完整性100条经验法则
国际大师总结：信号完整性100条经验法则
于受害线两边邻近的那两跟线。
87、在50欧姆总线中，线间距离等于线宽时，受害线上95%的窜扰来源于受害线两边距离最近的每边各两根线条。
88、在50欧姆总线中，线间距离是线宽的2倍时，受害线上100%的窜扰来源于受害线两边邻近的那两根线条。
这是忽略与总线中其他所有线条间的耦合。
89、对于表面布线，加大相邻信号线间的距离使之足以添加一个防护布线，串扰常常就会减小到一个可以接受的水平，而且这是没必要增加防护布线。
添加终端短接的防护布线可将串扰减小到50%。
90、对于带状线，使用防护线可以使串扰减小到不用防护线时的10%。
91、为了保持开关噪声在可以接受的水平，必须时互感小于2.5nhx上升时间(ns)。
92、对于受开关噪声限制的接插件或者封装来说，最大可用的时钟频率是
250MHZ/(NxLm)。
其中，Lm是信号/返回路径对之间的互感(nh)，N是同时开馆的数量。
93、在LVDS信号中，共模信号分量是比差分信号分量达2倍以上。
94、如果之间没有耦合，差分对的差分阻抗是其中任意一个单端线阻抗的2倍。
95、一对50欧姆微带线，只要其中一跟线的电压维持在高或低不变，
则另一跟线的单端特性阻抗就与邻近线的距离完全无关。
96、在紧耦合差分微带线中，与线宽等于线间距时的耦合相比，线条离。
信号完整性工程设计原理
SI设计是系统工程
解决一个问题需要多种措施相互辅佐，共同作用 解决一个问题可能恶化其他问题 一套好的SI设计规则就象一个好的中医药方
直觉 理性的艺术
SI设计是平衡的艺术
平衡各种解决措施的冲突，平衡性能与成本 最终的技术指标不能动摇，各个措施要有弹性
基础理论为“本”，工程解决方法为“标”。 固本培元，标本兼治。
电源噪声 信号回流路径 不同频率成 分影响不同
各个频率分量的反射
工程直通车
为什么串联端接阻值影响信号延迟？如何理解这种现象？
工程直通车
通道的优化：仅关注带宽内的频率？
Tr 35 ps BW 0.35 Tr 10GHz Bitrate 10Gbps FFE=9dB
Z out
变化的电磁场引起的
I
信号路径
参考路径
电压：浪头般前进，斜坡占据一定空间跨度。
电路角度
电容 互感
如何理解电容、电感参数？ 电流两个方向：电流环路方向、电流传播方向，相互独立。
SI设计的特点
SI设计是个性化的
每个工程都不同，对症下药，没有包治百病的药方
基础的重要性
应急式的解决方法导致支离破碎的知识，似是而非。 长期无法入门 没有基础，无法预判可能的风险 没有基础， SI仿真会变成盲目的试验 没有基础，无法正确解读结果 没有基础，无法进行综合权衡 没有基础，找不到解决措施
SI设计的误区 NO.2
没有针对性，不分轻重 电平？边沿？ 前仿仿什么？ 后仿仿那些？ 问题怎么解决？ 一种常见错误观点： 种常见错误观点： 无论是什么电路板，只要把能想到的全做了，就不会有问题？
信号完整性问题
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。
PCB设计解决信号完整性SI问题的几种方法介绍
PCB设计解决信号完整性SI问题的几种方法介绍简介：信号完整性（SI）问题解决得越早，设计的效率就越高，从而可避免在PCB设计完成之后才增加端接器件，本文主要介绍了几种解决信号完整性（SI）问题的方法。
1 设计前的准备工作在设计开始之前，必须先行思考并确定设计策略，这样才能指导诸如元器件的选择、工艺选择和电路板生产成本控制等工作。
就SI而言，要预先进行调研以形成规划或者设计准则，从而确保设计结果不出现明显的SI问题、串扰或者时序问题。
2 电路板的层叠某些项目组对PCB层数的确定有很大的自主权，而另外一些项目组却没有这种自主权，因此，了解你所处的位置很重要。
其它的重要问题包括：预期的制造公差是多少？在电路板上预期的绝缘常数是多少？线宽和间距的允许误差是多少？接地层和信号层的厚度和间距的允许误差是多少？所有这些信息可以在预布线阶段使用。
根据上述数据，你就可以选择层叠了。
注意，几乎每一个插入其它电路板或者背板的PCB 都有厚度要求，而且多数电路板制造商对其可制造的不同类型的层有固定的厚度要求，这将会极大地约束最终层叠的数目。
你可能很想与制造商紧密合作来定义层叠的数目。
应该采用阻抗控制工具为不同层生成目标阻抗范围，务必要考虑到制造商提供的制造允许误差和邻近布线的影响。
在信号完整的理想情况下，所有高速节点应该布线在阻抗控制内层（例如带状线）。
要使SI最佳并保持电路板去耦，就应该尽可能将接地层/电源层成对布放。
如果只能有一对接地层/电源层，你就只有将就了。
如果根本就没有电源层，根据定义你可能会遇到SI问题。
你还可能遇到这样的情况，即在未定义信号的返回通路之前很难仿真或者仿真电路板的性能。
3 串扰和阻抗控制。
信号完整性基础
信号完整性基础入门手册入门手册目录信号完整性描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3数字技术和信息时代⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3逐渐增长的带宽为数字系统设计带来的挑战⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 - 4信号完整性概念回顾⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 - 8数字信号时序产生的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5隔离模拟故障⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6眼图：快速鉴定信号完整性问题的捷径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8信号完整性测量需求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 - 25使用逻辑分析仪发现逻辑信号故障⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9逻辑分析仪探头方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10使用示波器揭秘模拟信号故障⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12示波器探测解决方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16使用实时频谱分析仪进行频域分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17利用集成测量工具识别信号完整性问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19简化复杂的抖动测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20使用时域反射仪进行关键的阻抗测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22信号发生器构建完整的测试系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯262 /signal_integrity信号完整性基础信号完整性描述根据定义，“完整性”是指“完整和无损害的”。
工程设计中的典型信号完整性问题及其设计策略
工程设计中的典型信号完整性问题及其设计策略童向杰;徐铮;谢凤玲【摘要】In order to obtain better system performance,our engineering designs need to consider the problems of signal integrity,while the clock frequency and data transmission become increasingly higher. Otherwise,itis possible to bring the troubles of performance,and even the system function which can’t be realized. For example,our product could only to deviate from the work on a certain frequency that is less than system optimization. Normally,the prob-lem of signal integrity may occur in this kind of system. Therefore,this topic focuses on the valid solutions of SI( Singnal Integrity) problems that arise from the signal reflection and crosstalk, through the analysis of the actual cases in the smart mobile terminal designs include the necessary simulations. At last,this paper provides a series of rules about the SI design which act as the reference of later engineering design of the high speed SI.%随着处理器能力的增强，对时钟和数据传输的速率要求也随之增强，否则处理器能力就很难得到发挥。
信号完整性设计基础
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信号完整性—关键点
• 耦合间距
阻抗与其相关； 串扰的关键点； 总之，没关系的走线越远越好。
• 阻抗
决定反射程度； 阻抗要连续。
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信号完整性—PCB
• 速率-高速/普通 • 成本 • Dk：介电常数，越小越好； • Df：损耗角正切（损耗因子），越小越好； • 稳定性：频率、温度和湿度等。
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优势：抗干扰。
根源：同进同出，且无串扰。
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主要内容
一、信号完整性概述 二、信号完整性问题分类 三、 信号完整性实例分析 四、信号完整性测量
五、信号完整性设计
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信号完整性—关键点
• 频率-带宽、信号上升时间 • 耦合长度-信号路径长度 • 耦合介质-介电常数、损耗角度正切 • 耦合间距 • 阻抗-由耦合间距、耦合介质决定
FR4带状线， εr =4.4， Tanδ =0.018，1G时损耗为-3dB/m，
10G时为-34dB/m。
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• 信号传输 —导体损耗
随着频率升高，电流由于趋肤效应集中在导体表面， 受到的阻抗增大，能量以热能耗散，同时，铜箔表面 的粗糙度也会加剧导体损耗。
趋肤深度
µ为磁导度、√f成正比。
Td=1/4Tr，反射噪声为25%； Td=1/5Tr，反射噪声为12.5%； Td=1/6Tr，反射噪声为5%；
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• 信号传输 —串扰
根源：传输线的特征，电容和电感耦合。
容性串扰：
Zv为受害线阻抗。
感性串扰：
Zd为驱动线阻抗。
串扰噪声与驱动信号的压摆动率、耦合长度和间距相关。
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• 信号传输 —差分信号
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主要内容
一、信号完整性概述 二、信号完整性问题分类 三、 信号完整性实例分析 四、信号完整性测量
信号完整性100条经验规则
信号完整性100条经验规则1、信号上升时间约是时钟周期的10%，即1/10x1/Fclock。
例如100MHZ 使中的上升时间大约是1NS.2、理想方波的N 次谐波的振幅约是时钟电压副值的2/(N 派)倍。
例如，1V时钟信号的第一次谐波幅度约为0.6V，第三次谐波的幅度约是0.2V。
3、信号的带宽和上升时间的关系为：BW=0.35/RT。
例如，如果上升时间是1NS,则带宽是350MHZ。
如果互连线的带宽是3GHZ,则它可传输的最短上升时间约为0.1NS。
4、如果不知道上升时间，可以认为信号带宽约是时钟频率的5 倍。
5、LC 电路的谐振频率是5GHZ/sqrt(LC),L 的单位为NH,C 的单位为PF。
6、在400MHZ 内，轴向引脚电阻可以看作理想电阻;在2GHZ 内，SMT0603电阻可看作理想电阻。
7、轴向引脚电阻的ESL(引脚电阻)约为8NH,SMT 电阻的ESL 约是1.5NH。
8、直径为1MIL 的近键合线的单位长度电阻约是1 欧姆/IN。
9、24AWG 线的直径约是20MIL,电阻率约为25 毫欧姆/FT。
10、 1 盎司桶线条的方块电阻率约是每方块0.5 豪欧姆。
11、在10MHZ 时，1 盎司铜线条就开始具有趋肤效应。
12、直径为1IN 球面的电容约是2PF。
13、硬币般大小的一对平行板，板间填充空气时，他们间的电容约为1PF。
14、当电容器量板间的距离与板子的宽度相当时，则边缘产生的电容与平行板形成的产生的电容相等。
例如，在估算线宽为10MIL、介质厚度为10MIL的微带线的平行板电容时，其估算值为1PF/IN,但实际的电容约是上述的两倍，也就是2PF/IN。
15、如果问对材料特性一无所知，只知道它是有机绝缘体，则认为它的介电常数约为4。
16、 1 片功率为1W 的芯片，去耦电容(F)可以提供电荷使电压降小于小于5%的时间(S)是C/2。
17、在典型电路板钟，当介质厚度为10MIL 时，电源和地平面间的耦合电容是100PF/IN 平方，并且它与介质厚度成反比。
硬件测试
脉冲调制波抗干扰
静电放电
电快速瞬变脉冲群
５．OC,OD是什么电路？输出要注意什么？
OC门、OD门又称集电极开路（漏极开路）与非门门电路；实现“线与逻辑”；
3W原则:
这里3W是线与线之间的距离保持3倍线宽。
是为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，如果线中心距不少于3倍线宽时，则可保持70%的线间电场不互相干扰，称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰，可使用10W规则。针对EMI
20H原则：
是指电源层相对地层内缩20H的距离，当然也是为抑制边缘辐射效应。在板的边缘会向外辐射电磁干扰。将电源层内缩，使得电场只在接地层的范围内传导。有效的提高了EMC。若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地边沿内；内缩100H则可以将98%的电场限制在内。针对EMC
解：a、开关电源是直流电转变为高频脉冲电流，将电能储存到电感、电容元件中，利用电感、电容的特性将电能按预定的要求释放出来来改变输出电压或电流的；线性电源没有高频脉冲和储存元件，它利用元器件线性特性在负载变化时瞬间反馈控制输入达到稳定电压和电流的。
b、开关电源可以降压，也可以升压；线性电源只能降压。
CH1，用通道1信号为触发源
CH2，用通道2信号为触发源
Line，以当地电网交流电信号(50/60Hz)为触发源
Ext：有用户提供的外部信号，接到外部触发输入端上的信号为触发源
７．闩锁效应是那种器件独有的一种失效特性？
CMOS工艺独有
5、RS232、RS485的区别？
RS232：串行物理接口标准，属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信（3线全双工点对点通信，距离20米左右）
信号完整性分析
信号完整性分析与应用设计报告1信号完整性设计信号完整性是指信号通过信号线传输后的质量。
在电路中,一段导线并不仅仅是导体,它在低频段呈阻性,在中频段呈容性,在高频段呈感性,到甚高频时则变成了辐射天线。
在高速PCB设计中,集成电路的切换速度过高、电路的布局布线不合理等都会引起信号完整性问题,主要包括定时、反射、串扰、振铃等问题。
1. 1定时集成电路只能按规定的时序接收数据,过长的信号延迟可能导致时序违背和功能混乱。
在低速系统中,信号互连延迟和阻尼振荡可以忽略不计,因为信号有足够的时间达到稳定。
但当系统时钟很高时,信号在器件间的传输时间以及同步准备时间都缩短了,驱动过载、走线过长都会引起延时。
高速电路要求在很短的时间内满足各种门延时,包括建立时间、保持时间、线延时等。
而且在高速PCB中,传输线上的分布电容、分布电感都会对信号的数字切换产生延时，影响数字电路的建立和保持时间,延时过长可能会导致集成电路无法正确判断数据。
1. 2反射反射就是信号在传输线上的回波。
按照信号传输理论,信号经过传输线将功率传给负载的时候,由于阻抗不匹配有一部分能量会向源端返回。
在高速设计中,信号连线不再是集中参数电路中的导线,而应等效为传输线。
如果阻抗匹配,信号将全部传递给负载,反射不会发生。
反之,若负载阻抗与传输线阻抗失配,就会导致信号反射。
布线的某些几何形状、不适当的端接、电源平面不连续等因素都会导致信号反射。
1. 3串扰当边缘速率低于1 ns时,串扰问题就必须考虑了。
通常在高速高密度电路板中比较容易出现串扰问题,原因是当高速电路信号线上有交变的电流通过时,会产生交变的磁场,处于该磁场中的相邻信号线会感应出信号电压,有时会引起高频谐振,再耦合到邻近的互连线中,就造成了串扰。
高速印制板叠层的设置、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及信号线端接方式对串扰都有影响。
1. 4振铃振铃表现为信号反复出现过冲和下冲,在逻辑电平的门限上下抖动,振荡呈欠阻尼状态。
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。
高速串行信号设计
高速串行信号设计传统的并行总线（如PCI）遭遇IO传输性能提升的发展瓶颈。
PCI 33M，PCI 66M，PCI-X 66M，PCI-X 133M，PCI-X266M，PCI-X533M实现越来越复杂，系统可互连的最大设备数越来越少高速串行信号的优势：连接线大大减少，更容易实现；采用自同步方式，大大简化时序设计；点对点架构，互连设备数更多。
采用高速串行信号的互连标准有：PCI Express，Gigabit Ethernet，XAUI，CPRI，FC，Serial RapidIO。
本文从硬件开发的三个阶段对高速串行设计所涉及的问题进行归纳1．正确的电路设计——基本要求2．PCB设计时对信号完整性的控制——尽量做到最优3．对链路进行预加重、均衡控制——可实现性能大幅提升1 正确的电路设计1.1收发器电路结构高速串行信号基本上都采用了差分形式。
一个差分对可传输一个发送信号或一个接收信号，一个发送端口（或接收端口）也可以有多个差分对组成，通常是4、8、16、、以提高整体带宽。
高速串行信号在芯片接口上都采用一种SERDES方式（串行解串化处理）。
串行化了的差分信号可以由不同的收发器电路结构来驱动，收发电路的电气标准一般有以下三种——低电压差分信号（LVDS）、低电压伪射级耦合逻辑(LVPECL)和电流模式逻辑(CML)。
输出结构输入结构对高速信号进行各种控制措施的目的——使接收信号落在它们各自允许的范围内。
*表格来源：National公司LVDS用户手册上面表格里列的最高数据率可能与其它资料上写的不一致。
各种差分技术可实现的最高传输速率以及最远传输距离由多方面因素综合决定。
譬如采用预加重和均衡技术可极大提高信号质量，因此能传输更高速率。
如采用了预加重和均衡技术的LVDS比普通的LVDS能传输距离更长，或速率更高。
CML与LVPECL目前无工业标准，因此不同芯片的输出摆幅范围会不同，接收输入范围也会有差异，需要查看数据手册。
确保信号完整性的电路板设计准则
路板设计准则
汇报人：XX
2023-12-26
• 引言 • 信号完整性基本概念 • 电路板布局设计准则 • 电路板布线设计准则 • 电源和接地设计准则 • 滤波与防护设计准则 • 测试与验证方法
目录
01
引言
目的和背景
确保信号完整性
在电路板设计中，保证信号在传输过 程中的完整性是至关重要的，它直接 影响到电子设备的性能和稳定性。
分层布局
不同性质的信号线应分布在不同的层上，如电源 线、地线、信号线等，以降低相互干扰。
关键信号线的布线要求
高速信号线
高速信号线应尽量短且直，避免在走线上出现锐角和直角，以减 小信号反射和辐射。
敏感信号线
敏感信号线应尽量远离干扰源，如电源线、大功率器件等，同时采 取屏蔽措施以提高抗干扰能力。
差分信号线
隔离技术
在关键信号传输路径上采用隔离技术，如光电隔离、磁隔离等， 以切断干扰信号的传输路径。
07
测试与验证方法
信号完整性测试方法
01
时域反射计（TDR）测试
通过测量信号在传输线上的反射，确定传输线的特征阻抗和传输延迟，
从而评估信号完整性。
02
频域分析
利用频谱分析仪或网络分析仪，测量电路板的频率响应，以验证信号在
地线宽度和间距
根据地线电流大小和频率特性，合理设置地线宽度和间距，以降低地 线阻抗和减少串扰。
降低电源噪声的措施
选用低噪声元器件
选用低噪声、低功耗的元器件，从源头上减少电源噪声的产生。
电源滤波
在电源输入端添加滤波器，滤除电源中的谐波和噪声，提高电源纯 净度。
隔离和保护
对关键信号和敏感电路采取隔离和保护措施，如使用隔离变压器、 光电耦合器等，减少电源噪声对信号的影响。
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A. A.1一个网络中质量问题的最小化
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、使用可控阻抗布线。
2、理想情况下，所有的信号应使用地电压平面作为参考平面。
3、如果使用不同的电压平面作为参考平面，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，并使用多个电感量晓得去耦合电容。
4、使用2D场求解计算给定特性阻抗的层叠设计规则，其中包括阻焊层和布线厚度的影响。
5、在点到点拓扑结构中，无论单向的还是双向的，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峰壮焊盘。
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3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器性能变化的布线。
13、保持非均匀区域尽量短。
14、在上升时间小于1NS的系统中，不要使用轴向引脚电阻，应使用SMT电阻并使其回路电感最小。
15、当上升时间小于150PS时，尽可能减小终端SMT电阻的回路电感，或者采用集成电阻以及嵌入式电阻。
16、过孔通常呈容性，减小捕获焊盘和增加反焊盘出沙孔的直径可以减小过孔的影响。
17、可以考虑给低成本线接头的焊盘增加一小电容来补偿它的高电感。
18、在布线时，使所有差对的差分阻抗为一常量。
19、在差分中尽量避免不对称性，所有部线都应该如此。
20、如果差分对中的线间距发生改变，也应该调整线宽来保持差分阻抗不变。
21、如果在差分对的一跟线上添加一根延时线，则应添加到布线的起始端附近，并且要将这一区域内的线条间进行耦合。
22、只要能保持差分阻抗不变，我们可以改变差分对紧耦合状态。
23、一般来说，在实际中应尽量视差分对紧耦合。
24、在决定到底采用边缘耦核差分还是侧向耦合差分对时，应考虑布线的密度、电路板的厚度等制约条件，以及销售厂家对叠层厚度的控制能力。
如果作得比较好，他们是等效的。
25、对于所有的板级差分对，平面上存在很大的返回电流，所以要尽量避免返路径中的所有突变。
如果有突变，对差分对中的每条线要做同样的处理。
26、如果接收器的共模抑制比很低，就要考虑端接共模信号。
端接共模信号并不能消除共模信号，只是减小它的振铃。
27、如果损耗很严重，应使用尽可能宽的信号线，不要使用小于5MIL的布线。
28、如果损耗很严重，应使布线尽量短。
29、如果损耗很严重，尽量做到使容性突变最小化。
30、如果损耗很严重，设计信号过孔使其具有50欧姆的阻抗，这样做意味着可以尽
可能减小桶壁尺寸、减小捕获焊盘尺寸、增加返焊盘出沙孔的尺寸。
31、如果损耗很严重，尽可能使用低损耗因子的叠层。
32、如果损耗很严重，考虑采用预加重和均衡化措施。
A.2 串绕最小化
策略——减小信号路径和返回路径间的互容和互感。
设计原则：
33、对于微带线或带状线来说，保持相邻信号路径的间距至少为线宽的2倍。
34、使返回路径中的信号可能的突变最小化。
35、如果再返回路径中必须跨越间隙，则只能使用差分对。
决不能使用离得很近的单端信号布线跨越间隙。
36、对于表面线来说，使耦合长度尽可能短，并使用厚的组焊层来减小远端串绕。
37、如果远端串绕很严重的话，在表面线条的上面添加一层厚的叠层，使其成为嵌入式微带线。
38、对于远端串绕很严重的耦合长度很长的传输线，采用带状线布线。
39、如果不能使耦合长度短于饱和长度，则不用考虑减小耦合长度，因为减小耦合长度对于近端串绕没有任何改善。
40、尽可能使用介电常数最低的叠层介质材料，这样做可以在给定特性阻抗的情况下，使得信号路径与返回路径间的介质厚度保持最小。
41、在紧耦合微带线总线中，实线间距至少在线宽的2倍以上，或者把对时序敏感的信号线布成带状线，这样可以减小确定性抖动。
42、如果要求隔离度超过-60DB，应使用带有防护布线得带状线。
43、通常使用2D场求解器来估计是否需要使用防护布线。
44、如果使用防护布线，尽量使其打到满足要求的宽度，并且过孔使防护线与返回路径短接。
如果方便的话，可以沿着防护线增加一些短接过空，这些过孔并不像两端的过孔那样重要，但有一定的改善作用。
45、使封装或接插件的返回路径尽量宽，尽量短可以减小地弹。
46、使用片级封装而不是使用更大的封装。
47、使电源平面和返回平面尽量接近，可以减小电源返回路径的地弹噪声。
48、使信号路径与返回路径尽量接近，并同时与系统阻抗相匹配，可以减小信号路径中的地弹。
49、避免在接插件和封装中使用共用返回路径。
50、当在封装或接头中分配引线时，应把最短的引线作为地路径，并使电源引线和地引线均匀分布在信号的周围，或者使其尽量接近载有大量开关电流的信号线。
51、所有的空引线或引线脚都应接地。
52、如果每个电阻都没有独立的返回路径，应避免使用单列直插封装电阻排。
53、检查镀层以确认焊盘在过孔面上不存在交叠，在电源和地平面对应的出沙孔之间都留有足够的空间。
54、如果信号改变参考平面，则参考平面应尽量靠近信号平面。
如果使用去耦电容器来减少返回路径的阻抗，它的容值并不是最重要的，应选去和设计具有最低回路电感的电容才是关键。
55、如果有大量信号线切换参考平面，就要使这些信号线的过孔彼此之间尽量远离，而不是使其集中在同一个地方。
56、如果有信号切换参考平面，并且这些平面间具有相同的电压，则尽量将信号线过孔与返回路径过孔放置在一起。
A.3 减小轨道塌陷
57、减小电源和地路径的回路电感。
58、使电源平面和地平面相邻并尽量靠近。
59、在平面间使用介电常数尽量高的介质材料使平面间的阻抗最低
60、尽量使用多个成队的电源平面和地平面。
61、使同向电流相隔尽量远，而反向电流相隔尽量近。
62、在实际中，使电源过孔与地平面过孔尽量靠近。
要使它们的间距至少与过孔的长度相当。
63、应将电源平面和地平面尽可能靠近去耦电容所在的表面处。
64、对相同的电源或地焊盘使用多个过孔，但要使过孔间距尽量远。
65、在电源平面或地平面上布线时，应使过孔的直径尽量大。
66、在电源焊盘和地焊盘上使用双键合线可以减小键合线的回路电感。
67、从芯片内引出尽可能多的电源和地引线。
68、在芯片封装时引出尽可能多的电源和地引脚。
69、使用尽可能短的片内互连方法，例如倒装晶片而不是键合线。
70、封装的引线应尽量短，例如应使用片级封装而不是QFP封装。
71、使去耦电容焊盘间的布线和过孔尽可能短和宽。
72、在低频时使用一定量的去耦电容来代替稳压器件。
73、在高频时使用一定量的去耦电容来抵消等效电感。
74、使用尽可能小的去耦电容，并尽量减小电容焊盘上与电源和地平面相连的互连线的长度。
75、在片子上使用尽可能多的去耦电容。
76、在封装中应使用尽可能多的低电感去耦电容。
77、在I/O接口设计中使用差分对。
A.4 减小电磁干扰（EMI）
策略——减小驱动共模电流的电压;增大共模电流路径的阻抗；屏蔽、滤波是解决问题的快速方案。
设计原则：
78、减小地弹。
79、使所有布线与板子边缘的距离应至少为线宽的5倍。
80、采用带状线布线。
81、应将高速或大电流器件放在离I/O接口尽量远的地方。
82、在芯片附近放置去耦电容来减小平面中高频电流分量的扩频效应。
83、使电源平面和地平面相邻并尽可能的接近。
84、尽可能使用更多的电源平面与地平面对。
85、但使用多个电源与地平面对时，在电源平面中修凹壁并在地平面的边沿处打短接过孔。
86、尽量将地平面作为表面层。
87、了解所有封装的谐振频率，当它与时钟频率的协波发生重叠使就要改变封装的几何结构。
88、在封装中避免信号在不同电压平面间切换，因为这会产生封装谐振。
89、如果封装中可能出现谐振，就在它的外部加上铁氧体滤波薄片。
90、在差分对中，减少布线的布对称性。
91、在所有的差分对接头处使用共模信号扼流滤波器。
92、在所有外部电缆周围使用共模信号扼流滤波器。
93、选出所有的I/O线，在时序预算要求内使用上升时间最长的信号。
94、使用扩频使钟发生器在较宽的频率范围内产生谐波，并在FFC测试的带宽范围内减少辐射能量。
95、当连接屏蔽电缆时，保持屏蔽层与外壳良好接触。
96、减小屏蔽电缆接头到外壳的电感。
在电缆和外壳屏蔽层之间使用同轴电缆。
97、设备支座不能破坏外壳的完整性。
98、只在互连时才能破坏外壳的完整性。
99、使开孔的直径小于可能泄漏的最低频率辐射波长。
使用数量多而直径小的开孔比数量少而直径大的开孔好。
100、导致产品交货推迟就是最昂贵的规则。