信号完整性需要研究的问题

ID:102668 · 发表于 2016-1-11 20:40

广义上来说，信号完整性是高速产品中，由互连线、电源及器件引起的信号质量及延时等所有问题。它主要研究互联线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品性能。

所有问题分为以下三种影响和后果：
1、时序；2、噪声；3、电磁干扰（EMI）

信号完整性所相关术语：
1、信号完整性（SI）：信号完整性是指信号在传输路径上的质量，它表示信号质量和信号传输后仍保持正确的功能特性。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。

2、信号完整性设计：信号完整性设计是指在电子产品设计中通过一些方法和措施来保证传输信号具有良好的信号完整性。信号完整性设计并不是以牺牲系统性能为代价的，设计的原则是保证系统性能能够满足要求的前提下最大程度地保证信号完整性，从而提高系统的稳定性和可靠性。

3、传输线：传输线是一个网络（导线），并且它的电流返回到地或电源。

4、特性阻抗：特性阻抗是反映传输线特性的恒定瞬态阻抗，组成信号传输回路的两个导体之间存在分布电感和电容，当信号沿该导体传输时，信号的跃变电压（V）和跃变电流（I）的比值成为特性阻抗Z0 。

5、反射：由于阻抗不匹配而造成的信号能量的不完全吸收。

6、过冲/下冲：过冲是指接受信号的第一个峰值或谷值超过设定电压，对于上升沿是指第一个峰值超过最高电压，对于下降沿是指第一个谷值超过最低电压，而下冲指的是第二个谷值和峰值。

7、振荡：在一个周期中反复出现的过冲和下冲，我们就称之为振荡。振荡根据表现形式可分为振铃和环绕振荡，振铃为欠阻尼振荡，而环绕振荡为过阻尼振荡。

8、串扰：是指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干扰，这种干扰是由于传输线之间的互感和互容引起的。

9、电源完整性：电路系统电源和地的质量。

10、上升/下降时间：信号从低电平跳变为高电平或高电平跳变到低电平所需要的时间，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。

11、传播延迟：指信号在传输线上的传输延时，与线长和信号传播速度有关，记为Tpd。

12、微带线：指只有一边存在参考面的传输线。

13、带状线：指两边都有参考平面的传输线。

14、同步开关噪声：指当器件上一定数量输出驱动电路同时处于开关状态，产生瞬变的电流经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起噪声，简称SSN。

15、地弹：指由于封装电感而引起地平面的波动，造成芯片地和系统地不一致的现象。同样，如果是由于封装电感引起的芯片和系统电源差异，就称为电源反弹。

16、桩线：在传输线中常常加上分支使信号到达多个输出端，如果分支很短，就称为桩线。

17、轨道塌陷：变化的电流经过电源分配系统（PDS）互连线的阻抗时会引起电压降，称之为轨道塌陷。

18、差分对模态：沿差分对无失真传播的信号电压模式对应了差分对被激活的两种特殊状态——奇模和偶模。激励奇模和偶模的电压模式分别对应于两线间加相反和相同的电压。

19、共模阻抗：共模阻抗是每根信号线特性阻抗的并联，即为两个偶模阻抗的并联。

20、偶模阻抗：共模信号使差分对处于偶模状态，当传输线上传输共模信号时，此时每根信号线的特性阻抗被称为偶模特性阻抗，简称偶模阻抗。当差分对耦合越大时，偶模阻抗会增大。

所有信号完整性引起的效应都与下面四种问题的一个相关：
1)、单一网络的信号完整性问题——传输线的反射
2)、两个或多个网络之间的信号完整性问题——传输线的串扰
3)、电源和地分配中的轨道塌陷——电源完整性
4)、来自于整个系统的电磁干扰和辐射——EMI

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