信號(hào)的上升時(shí)間，對(duì)于理解信號(hào)完整性問(wèn)題至關(guān)重要，高速pcb設(shè)計(jì)中的絕大多數(shù)問(wèn)題都和它有關(guān)，很多信號(hào)完整性問(wèn)題都是由信號(hào)上升時(shí)間短引起的，你必須對(duì)他足夠重視。

信號(hào)上升時(shí)間并不是信號(hào)從低電平上升到高電平所經(jīng)歷的時(shí)間，而是其中的一部分。對(duì)于信號(hào)上升時(shí)間通常有兩種：

第一種定義為10-90上升時(shí)間，即信號(hào)從高電平的10%上升到90%所經(jīng)歷的時(shí)間。另一種是20-80上升時(shí)間，即信號(hào)從高電平的20%上升到80%所經(jīng)歷的時(shí)間。兩種都被采用。

帶寬是指被測(cè)信號(hào)幅值衰減到0.707倍時(shí)對(duì)應(yīng)的頻帶寬度。幅度的平方即為功率，平方后為0.5倍，帶寬也即功率衰減到一半時(shí)的頻帶寬度。

重要的是我們必須建立這樣的概念：上升時(shí)間對(duì)電路性能有重要的影響，只要小到某一范圍，就必須引起注意，哪怕是一個(gè)很模糊的范圍。沒(méi)有必要精確定義這個(gè)范圍標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有實(shí)際意義。因此只需記住，現(xiàn)在的芯片加工工藝使得這個(gè)時(shí)間很短，已經(jīng)到了ps級(jí)，你應(yīng)該重視他的影響的時(shí)候了。

隨著信號(hào)上升時(shí)間的減小，反射、串?dāng)_、軌道塌陷、電磁輻射、地彈等問(wèn)題變得更嚴(yán)重，噪聲問(wèn)題更難于解決。

信號(hào)上升時(shí)間的減小，從頻譜分析的角度來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于信號(hào)帶寬的增加，也就是信號(hào)中有更多的高頻分量，正是這些高頻分量才使得設(shè)計(jì)變得困難。互連線必須作為傳輸線來(lái)對(duì)待，從而產(chǎn)生了很多以前沒(méi)有的問(wèn)題。因此，學(xué)習(xí)信號(hào)完整性，你必須有這樣的概念：信號(hào)陡峭的上升沿，是產(chǎn)生信號(hào)完整性問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

對(duì)于數(shù)字電路，輸出的通常是方波信號(hào)。方波的上升邊沿非常陡峭，根據(jù)傅立葉分析，任何信號(hào)都可以分解成一系列不同頻率的正弦信號(hào)，方波中包含了非常豐富的頻譜成分。如下圖周期性方波信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為

可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)直觀的分析方波中的頻率成分，看看不同頻率的正弦信號(hào)是如何疊加成為方波的。下圖是7次諧波合成的波形，21次諧波合成的波形以及41次諧波合成的波形。這里可以直觀的看到：疊加的諧波成分越多，波形就越像方波。

因此如果疊加足夠多的諧波，我們就可以近似的合成出方波。下圖是疊加到217次諧波后的波形。已經(jīng)非常近似方波了，不用關(guān)心角上的那些毛刺，那是著名的吉博斯現(xiàn)象，這種仿真必然會(huì)有的，但不影響對(duì)問(wèn)題的理解。這里我們疊加諧波的最高頻率達(dá)到了21.7GHz。

在通過(guò)下圖我們可以看到，諧波分量越多，上升沿越陡峭?；驈牧硪粋€(gè)角度說(shuō)，如果信號(hào)的上升邊沿很陡峭，上升時(shí)間很短，那該信號(hào)的帶寬就很寬。上升時(shí)間越短，信號(hào)的帶寬越寬。紅色是基頻+3次諧波+5次諧波+7次諧波后的上升邊沿，黑色是一直疊加到217次諧波后的波形上升邊沿。

這里說(shuō)一下，最終合成的方波，其波形重復(fù)頻率就是100MHz。疊加諧波只是改變了信號(hào)上升時(shí)間。信號(hào)上升時(shí)間和100MHz這個(gè)頻率無(wú)關(guān)，換成50MHz也是同樣的規(guī)律。如果你的電路板輸出數(shù)據(jù)信號(hào)只是幾十MHz，你可能會(huì)不在意信號(hào)完整性問(wèn)題。但這時(shí)你想想信號(hào)由于上升時(shí)間很短，頻譜中的那些高頻諧波會(huì)有什么影響？

記住一個(gè)重要的結(jié)論：影響信號(hào)完整性的不是波形的重復(fù)頻率，而是信號(hào)的上升時(shí)間。