時域是真實存在的域，頻域只是一個數(shù)學(xué)構(gòu)造，但頻域?qū)ξ覀兎治鼋鉀Q信號完整性問題非常重要。那么如何將頻域和時域建立聯(lián)系方便的分析解決信號完整性問題？因此引出了時域和頻域之間的紐帶--帶寬。對于信號完整性分析來說，帶寬實在是太重要了，這里再嘮叨嘮叨。

除了信號自身有帶寬外，信號傳輸路徑----互連線、以及各種仿真模型、測試儀器設(shè)備都有自己的帶寬。可以說帶寬不僅是聯(lián)系時域和頻域的橋梁，也是連接信號與傳輸通道，仿真與測試之間的橋梁。

帶寬的基本定義就是指頻譜中有效的最高正弦波頻率分量，然而帶寬在應(yīng)用于不同場合時“有效”的具體含義卻有所不同。

接下來讓我們來看一下，信號、通道、模型以及測試儀器的帶寬。

信號的帶寬

概念前面已經(jīng)介紹過，這里只做一個總結(jié)。

信號的帶寬：信號最高的有效正弦波頻率分量。

這里的 “有效”的含義是與理想方波相比 ，頻率分量幅度減少不超過3dB，也就是幅度不低于入射信號的70%，功率不低于入射信號的50% 。

傳輸通道的帶寬

信號的傳輸路徑包含了驅(qū)動器芯片到接收器芯片之間的所有組成部分，包含了封裝bonding線（或者bump）、封裝內(nèi)部布線、BGA焊球（或者其它形式的焊盤）、PCB上的過孔、PCB布線等各種互連結(jié)構(gòu)。此時就需要一個指標(biāo)來衡量互連線傳輸信號的能力。互連線的帶寬（BWinterconnect）指的是互連線能夠傳輸信號的最高有效正弦波頻率分量。一般來說 “有效” 指的就是傳輸?shù)念l率分量幅度減少不超過3dB，也就是幅度不低于入射信號的70%，功率不低于入射信號的50% 。

總結(jié)一下：

傳輸通道的帶寬：通道能夠傳輸?shù)淖罡哂行д也l率分量。

這里的 “有效”的含義是 ，傳輸通道輸出信號與輸入信號相比， 傳輸過程中頻率分量幅度減少不超過3dB，也就是幅度不低于入射信號的70%，功率不低于入射信號的50% 。

有些互連結(jié)構(gòu)如焊接連接器就不適合傳輸高速串行信號，就是因為其管腳過長、焊接時焊錫量難以控制從而導(dǎo)致連接器帶寬較低不能滿足高速串行鏈路的帶寬需求。因此在設(shè)計高速串行總線時往往使用壓接連接器。有些互連結(jié)構(gòu)本身不能滿足信號帶寬需求，但是通過我們仿真分析可以找到提升這些結(jié)構(gòu)帶寬的方法以使其滿足所要傳輸信號的帶寬要求。比如說，通過隔層參考的方式減小焊盤的阻抗不連續(xù)性、通過背鉆來消除過孔的stub影響等等都是通過優(yōu)化設(shè)計提升互連結(jié)構(gòu)帶寬的案例。

模型的帶寬

我們可以把一個完整的信號傳輸系統(tǒng)分為有源和無源兩個部分。

所謂的有源部分指的是驅(qū)動芯片和接收芯片的模型。我們比較常用的模型是IBIS模型，它是以測量或者全電路仿真獲得的I-V曲線和V-T曲線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對IO緩沖器的行為特性進行描述的模型。Spice模型也是我們比較常用的一種模型，它的特點就是包含了芯片內(nèi)部實際電路信息。無論是IBIS還是Spice模型，都有其自身的帶寬。

得到芯片的有源模型后，在進行信號完整性分析之前往往需要對信號的傳輸路徑進行建模。信號的傳輸路徑就是整個信號傳輸系統(tǒng)的無源部分，包含了封裝鍵合線、BGA焊球、PCB上的過孔、PCB布線等從驅(qū)動芯片到接收芯片路徑中的所有互連結(jié)構(gòu)。

我們所建的模型是否能夠滿足信號仿真的精度要求？此時就需要用模型的帶寬來衡量模型的精確程度。模型的帶寬（BWmodel）指的是模型在多寬的頻率范圍內(nèi)能夠精確的預(yù)測、仿真模擬它所表示的互連結(jié)構(gòu)的實際性能。

我們建立的模型精度必須足夠高，能夠真實的反應(yīng)無源通道的性能，否則無法得出準確的仿真結(jié)果。

如果我們所建立模型的帶寬只有1GHz，我們要用它來對信號帶寬為2GHz的信號進行仿真，顯然不能得出準確的仿真結(jié)果。因為模型的帶寬只有1GHz，那就意味著高于1GHz的頻率分量都不能通過互連線的模型，也就是說仿真中接收端接收到的波形是缺少1GHz到2GHz的高頻分量的。此時接收端接收到的波形相比于正確的結(jié)果可能存在如下差異：

1.邊沿要比實際波形要緩一些，導(dǎo)致時序裕量有所減小。接收信號的幅度減小使得信號噪聲裕量減小。由此產(chǎn)生的仿真結(jié)果過于悲觀，工程師會對設(shè)計的性能有錯誤的判斷。

2.接收端波形中本應(yīng)該存在的一些高頻分量沒有體現(xiàn)在仿真結(jié)果中，得到樂觀的仿真結(jié)果從而導(dǎo)致設(shè)計失敗。比如說，在對時鐘信號進行仿真時，由于模型帶寬不足，從而導(dǎo)致沒有在仿真結(jié)果中觀測到時鐘邊沿的回溝而認為設(shè)計符合要求。而實際上接收端接收到的時鐘存在回溝從而導(dǎo)致對同一個數(shù)據(jù)重復(fù)采樣導(dǎo)致邏輯錯誤。再比如說，由于匹配不良接收端本應(yīng)存在嚴重的過沖，而仿真時使用的模型帶寬不足導(dǎo)致仿真結(jié)果顯示的過沖和下沖滿足芯片手冊的要求。此時如果我們認為設(shè)計符合要求，系統(tǒng)在實際的應(yīng)用中很可能存在長期可靠性問題。

因此工程師在進行信號完整性分析時需要充分了解信號的帶寬需求，以此為根據(jù)選擇合適的軟件對信號的傳輸路徑進行建模以使模型的帶寬滿足信號帶寬要求。比如說2D或者2.5D仿真軟件對傳輸線的建模是基于傳輸線理論，當(dāng)信號上升時間較長、帶寬比較低（低于1GHz）時，使用這類軟件能夠得到精確的仿真結(jié)果。但由于2D、2.5D軟件不能對跨分割、過孔、更換參考平面等非理想情況進行精確建模，當(dāng)信號的帶寬繼續(xù)提高，就可能得不到準確的結(jié)果，此時就需要使用帶寬更高的3D場求解器進行建模。

測量儀器的帶寬

測試在高速數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計中是一個必不可少的環(huán)節(jié)，當(dāng)一個高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計完成后，只有通過了嚴格的測試我們才能說我們設(shè)計的系統(tǒng)能夠滿足要求。

在做信號質(zhì)量測試時，我們要有一個觀念，那就是測試到的信號波形并不一定是準確的，往往由于測試儀器選擇或者使用不當(dāng)導(dǎo)致測試結(jié)果不準確，從而使工程師產(chǎn)生錯誤的判斷。我們需要知道測試設(shè)備也有其自身的限制，那就是帶寬。示波器有其自身的帶寬，測試探頭也有帶寬，因此在進行信號質(zhì)量測試時一定要注意測試儀器的帶寬要滿足信號帶寬的要求。

測量儀器的帶寬 是對測試儀器精度的衡量，指的是儀器能夠精確測量的最高有效正弦波頻率分量 。

假設(shè)一個示波器的帶寬是5GHz，我們用它來測試一個上升時間是100ps的信號，是否可以對這一信號進行準確測量呢？首先我們需要計算信號的帶寬BW= 0.35/Tr = 3.5GHz，顯然示波器的帶寬高于信號帶寬可以得到精確的信號波形。如果換成上升時間為50ps的信號，信號帶寬達到7GHz大于示波器帶寬5GHz，要想準確的測量信號我們就必須選擇更高帶寬的示波器了。