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1、信号完整性# g8 B$ i3 I$ {8 [9 }
+ e: M3 z/ n! Y! k信号完整性(SI)，是指信号电压(电流)完美的波形形状及质量。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。' W! U6 O$ }! \* @
* F+ {. S" i* W7 m* W* x4 Z信号完整性强调信号在电路中产生正确响应的能力。
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6 s3 Z* T& A1 r5 O信号完整性(SI)可以泛指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。
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9 V2 \& U8 i( O* e& i5 L4 J! u狭义的信号完整性，是指信号电压(电流)波形的形状及质量,包括反射和串扰。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，出现了非正常形状的变形，称为信号完整性被破坏。
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3 m6 W& d) T i信号完整性问题是物理互连在高速情况下的直接结果。
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2、高速信号- x1 J; X" s4 X o
4 C- `2 I2 F, p. t, |0 i1 R. j100MHz时钟是个界限，被模糊地称作高速数字芯片和系统。严格讲：高频不一定高速；低频也不见得低速。
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0 s/ P0 i$ V6 M) d; h: f当系统中的数字信号的上升边小于1纳秒(ns)时，我们称之为高速运行。此时互连不再透明，可能对电路和系统造成颠覆性后果。2 \. \) e) A4 r: J
5 l* g* _' }! d: ^% x- \信号不完整问题，是物理互连在高速下的直接严重结果。
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+ c3 n- Z' z' u% d, A5 Q3、互联的范畴
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; m. n) u2 z' H$ J, \; S8 D* h物理互连（Interconnect）包括芯片内连线、芯片封装、PCB板及电子系统连接等，它们极大地影响高速时的信号和电源分配网络质量。
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真实的互连线，包括芯片内连线、压焊点、封装引线、芯片引脚；芯片外的PCB板线接头、线条、接插件、连接电缆等。此外还有各种无源元件，包括介质、基板、屏蔽盒、机壳、机架等。
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4、信号完整性分类# ]$ ~+ ]0 u- j0 v! h9 y5 x
6 Q5 ^% x' B+ [6 `/ _* x信号完整性讨论的主要对象是数字信号，可以称这是一种模拟效应。数字信号的前沿包含大量的高频成分。
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按照通常的说法，信号完整性分为芯片和PCB两个着力点。二者原理上相通、技术上有别。+ j- Q/ o4 B8 h8 M& \) E4 M
2 H7 v3 b C4 o* b4 [1 @; V" t分析和测量有时域和频域两类视点和途径。4 Q; M$ N6 ~8 \% _0 c( L1 l9 [
8 p" g/ y u. F s5 f: f5、反射- _- A4 r, s$ i
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反射(reflection)是指传输线上有回波(echo)。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)。
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6、过冲
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' z4 T. q8 P1 H/ I: M2 n/ U9 s; s过冲(overshoot)是指第一个峰值或谷值超过设定电压；下冲(undershoot)是指紧邻的下一个谷值或峰值超过设定电压；振铃(ringing)就是反复出现过冲和下冲。
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- d0 |: J) i, i3 ^1 L7、串扰4 ~5 L8 S3 k8 r/ A3 d4 g6 p7 x2 @- u
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串扰(crosstalk)是指在两个不同的电性能网络之间的互作用。产生串扰的称为Aggressor，而被干扰的称为Victim。通常，每一个网络既是Aggressor，又是Victim。9 b- d- _5 |: k- u
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+ z3 s' l! o) U, l6 D8、地弹
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; S! K8 R) A/ h8 _6 n3 |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。当流经接地回路电感上的电流变化时，在接地回路导线上产生的电压称之为地弹。1 l9 ]3 e+ _; R
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2 x) O! L# A7 |9、电磁干扰2 b2 |) J, d$ u, M: o8 A
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电磁干扰(EMI,ElectroMagnetic InteRFerence)，也被统统归为电磁兼容(EMC)。它是一个传输线(例如电缆、导线或封装的管脚)具有的天线特性结果。印制电路板、集成电路和许多电缆发射并形成电磁干扰现象。FCC（美国联邦通讯委员会）定义了对于一定频率的最大发射水平(例如，应用于飞行控制器领域)。0 r) h, b; s5 a3 t
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10、信号完整性分析技术, Z4 i& f6 z8 [; v+ r! Q4 n
/ l% B1 D* |. k7 ~, g分析信号完整性分为时域和频域两种途径和手段。
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时域(time domain)是对一个信号波形进行的示波器观察，它通常用于找出管脚到管脚的时延、错位、过冲、下冲以及建立时间。
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. ?5 V u Z( |7 G: `频域(frequency domain)是对一个信号波形进行的频谱分析仪观察，它通常用于波形与FCC以及其它EMI控制限制之间的比较。一个生动的例子就是收音机——你在时域中收听它，但是为了找到喜欢的电台位置你却需要在频域内搜寻。
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/ }7 T- _3 h+ f& l: W11、传输线模型
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8 v9 ^6 |4 c2 J& E |+ H& C传输线(transmission line)是一个网络(导线)，它的返回路径可能是地、电源等。: V. x/ b6 Z# _1 v V# ?5 W) C* H
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设计高速PCB，用一半精力关注互连。采用传输线模型，考察传输线效应。PCB设计师从传输线的角度设计互连已经到90％以上。在设计中引入特性阻抗及匹配、反射、驻波等概念分析。- t% D' y$ e7 u6 C! }
) L5 c* Z1 l* k' `8 G互连线本质上就是传输线。一条为信号线(Signal path)，另一条为返回线(Return path)，返回线不能理解成地线。设计信号线，也要设计返回线物理尺寸，让返回线靠近信号线等。
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4 W7 u7 p1 h$ X按传输线的概念看待互连，才容易用阻抗观点理解反射；用回路互感理解串扰；用净电感理解地弹等等。% Z- B5 k) U. {- i& {
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发表于 2019-11-20 13:39
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