信号完整性

从广义上讲，信号完整性指的是在高速产品中由互连线引起的所有问题。它主要研究当互连线与数字信号的电压、电流波形相互作用时，其电气特性如何影响产品的性能。

可以将所有这些问题归结为以下三类。在这三类问题之间也存在看相当大的重叠

1. 时序

时序本身就是一个复杂的研究领域。在一个时钟周期内，必然发生一定数量的操作，必须在预算中划分某段较短的时间，并分配给各种不同的操作。

2. 噪声

如振铃、反射、近端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源弹、衰减和容性负载等。

2.1 单一网络的信号完整性

1
阻抗变化带来的反射与失真
  1. 任何改变横截面或网络儿何结构的特征都会改变信号所感受到的阻抗。引起阻抗变化的所有特征称为突变，每个突变将导致信号原始的纯净形状在某种程度上发生失真。
    1. 线宽变化
    2. 层转换
    3. 返回路径平面上的间隙
    4. 接插件
    5. 分支线、T形线和桩线
    6. 网络末端
  2. 导线和介质中与频率相关的损耗所造成信号的高频损耗要比低频损耗更大，其结果是在传播中信号上升边将会被拉长。
  3. 时序问题

2.2 两个或多个信号间的串扰

1
理想返回路径与非理想返回路径情况下的互容互感

一般两种情况

  1. 返回路径是均匀传输线（电路板上的线路）
  2. 返回路径是非均匀传输线（接插件）
    返回路径为均匀平面时的结构是实现最低串扰的结构，一且使返回路径的均勾平面发生变化，就会增加两个传输线之间的耦合噪声。发生这种情况时，例如当信号经过接插件且多个信号共用的返回路径是一个引脚而不是一个平面时，感性耦合噪声比容性耦合噪声增加得更多

当感性耦合噪声处于主导地位时，通常把这种串扰归为开关噪声、DetalI噪声、dI-dt噪声、地弹、同时开关噪声SimultaneousSwitchingNoise，SSN）或同时开关输出（SimultaneousSwitching Output，SSO）噪声。这类噪声是由耦合电感（即所谓的互感）产生的。

2.3 电源和地分配中的轨道塌陷

1
在地/电源网络上的阻抗压降

当通过电源路径和地路径的电流发生变化，如芯片输出翻转或内核中的门翻转时，在电源路径和地路径之间的阻抗上将产生一个压降。当电源分配网络中存在电抗元件，其是当其并联谐振时，电源开关电流会导致在电源轨道上出现更高的电压尖峰

一个低阻抗电源网络特性

  1. 相邻的电源和地分配层平面的介质应尽可能薄，以使它们更紧密贴近；
  2. 加装多个低电感去耦电容器：
  3. 封装时安排多个很短的电源和地引脚：
  4. 低阻抗稳压模块（VoltageRegulatorModule，VRM）；
  5. 封装去耦（On-PackageDecoupling，OPD）电容器；
  6. 片内去耦（On-ChipD

2.4 电磁干扰

电磁十扰向题包括3方面：噪声源、辐射传播路径和天线。前面提到的每个信号元整性题的根源也是电磁于扰的根源。电磁干扰之所以这么复杂，是因为即使噪声远远低于信号完整性噪声预算，它然大到足以引起产重的辐射。

3. 信号完整性的两个重要推论

  1. 随着上升沿的减小，以上提到的四种问题会越来越严重
  2. 解决信号完整性的有效办法在很大程度上取决于对互连线阻抗的理解