什么是信號(hào)完整性

信號(hào)完整性（Signal Integrity）：就是指電路系統(tǒng)中信號(hào)的質(zhì)量，如果在要求的時(shí)間內(nèi)，信號(hào)能不失真地從源端傳送到接收端，我們就稱該信號(hào)是完整的。

信號(hào)具有良好的信號(hào)完整性是指當(dāng)在需要的時(shí)候，具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值。差的信號(hào)完整性不是由某一單一因素導(dǎo)致的，而是板級(jí)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起的。主要的信號(hào)完整性問(wèn)題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。

信號(hào)完整性的一些基本概念

傳輸線（Transmission Line）：由兩個(gè)具有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成回路的連接線,我們稱之為傳輸線,有時(shí)也被稱為延遲線。

集總電路（Lumped circuit）：在一般的電路分析中,電路的所有參數(shù),如阻抗、容抗、感抗都集中于空間的各個(gè)點(diǎn)上,各個(gè)元件上,各點(diǎn)之間的信號(hào)是瞬間傳遞的,這種理想化的電路模型稱為集總電路。

分布式系統(tǒng)(Distributed System)：實(shí)際的電路情況是各種參數(shù)分布于電路所在空間的各處,當(dāng)這種分散性造成的信號(hào)延遲時(shí)間與信號(hào)本身的變化時(shí)間相比已不能忽略的時(shí)侯,整個(gè)信號(hào)通道是帶有電阻、電容、電感的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),這就是一個(gè)典型的分布參數(shù)系統(tǒng)。

上升/下降時(shí)間（Rise/Fall Time）：信號(hào)從低電平跳變?yōu)楦唠娖剿枰臅r(shí)間,通常是量度上升/下降沿在10%-90%電壓幅值之間的持續(xù)時(shí)間,記為Tr。

截止頻率（Knee Frequency）：這是表征數(shù)字電路中集中了大部分能量的頻率范圍（0.5/Tr）,記為Fknee,一般認(rèn)為超過(guò)這個(gè)頻率的能量對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸沒(méi)有任何影響。

特征阻抗（Characteristic Impedance）：交流信號(hào)在傳輸線上傳播中的每一步遇到不變的瞬間阻抗就被稱為特征阻抗,也稱為浪涌阻抗,記為Z0。可以通過(guò)傳輸線上輸入電壓對(duì)輸入電流的比率值(V/I)來(lái)表示。

傳輸延遲（Propagation delay）：指信號(hào)在傳輸線上的傳播延時(shí),與線長(zhǎng)和信號(hào)傳播速度有關(guān),記為tPD。

微帶線（Micro-Strip）：指只有一邊存在參考平面的傳輸線。

帶狀線（Strip-Line）：指兩邊都有參考平面的傳輸線。

趨膚效應(yīng)（Skin effect）：指當(dāng)信號(hào)頻率提高時(shí),流動(dòng)電荷會(huì)漸漸向傳輸線的邊緣靠近,甚至中間將沒(méi)有電流通過(guò)。與此類似的還有集束效應(yīng),現(xiàn)象是電流密集區(qū)域集中在導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)。

反射（Reflection）：指由于阻抗不匹配而造成的信號(hào)能量的不完全吸收,發(fā)射的程度可以有反射系數(shù)ρ表示。

過(guò)沖/下沖（Over shoot/under shoot）：過(guò)沖就是指接收信號(hào)的第一個(gè)峰值或谷值超過(guò)設(shè)定電壓——對(duì)于上升沿是指第一個(gè)峰值超過(guò)最高電壓;對(duì)于下降沿是指第一個(gè)谷值超過(guò)最低電壓,而下沖就是指第二個(gè)谷值或峰值。

振蕩：在一個(gè)時(shí)鐘周期中,反復(fù)的出現(xiàn)過(guò)沖和下沖,我們就稱之為振蕩。振蕩根據(jù)表現(xiàn)形式可分為振鈴（Ringing）和環(huán)繞振蕩,振鈴為欠阻尼振蕩,而環(huán)繞振蕩為過(guò)阻尼振蕩。

匹配（Termination）：指為了消除反射而通過(guò)添加電阻或電容器件來(lái)達(dá)到阻抗一致的效果。因?yàn)橥ǔ２捎迷谠炊嘶蚪K端,所以也稱為端接。

串?dāng)_：串?dāng)_是指當(dāng)信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí),因電磁耦合對(duì)相鄰的傳輸線產(chǎn)生的不期望的電壓噪聲干擾,這種干擾是由于傳輸線之間的互感和互容引起的。

信號(hào)回流（Return current）：指伴隨信號(hào)傳播的返回電流。

自屏蔽（Self shielding）：信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí),靠大電容耦合抑制電場(chǎng),靠小電感耦合抑制磁場(chǎng)來(lái)維持低電抗的方法稱為自屏蔽。

前向串?dāng)_（Forward Crosstalk）：指干擾源對(duì)犧牲源的接收端產(chǎn)生的第一次干擾,也稱為遠(yuǎn)端干擾(Far-end crosstalk)。

后向串?dāng)_（Forward Crosstalk）：指干擾源對(duì)犧牲源的發(fā)送端產(chǎn)生的第一次干擾,也稱為近端干擾(Near-end crosstalk)。

屏蔽效率（SE）：是對(duì)屏蔽的適用性進(jìn)行評(píng)估的一個(gè)參數(shù),單位為分貝。

吸收損耗：吸收損耗是指電磁波穿過(guò)屏蔽罩的時(shí)候能量損耗的數(shù)量。

反射損耗：反射損耗是指由于屏蔽的內(nèi)部反射導(dǎo)致的能量損耗的數(shù)量,他隨著波阻和屏蔽阻抗的比率而變化。

校正因子：表示屏蔽效率下降的情況的參數(shù),由于屏蔽物吸收效率不高,其內(nèi)部的再反射會(huì)使穿過(guò)屏蔽層另一面的能量增加,所以校正因子是個(gè)負(fù)數(shù),而且只使用于薄屏蔽罩中存在多個(gè)反射的情況分析。

差模EMI：傳輸線上電流從驅(qū)動(dòng)端流到接收端的時(shí)候和它回流之間耦合產(chǎn)生的EMI,就叫做差模EMI。

共模EMI：當(dāng)兩條或者多條傳輸線以相同的相位和方向從驅(qū)動(dòng)端輸出到接收端的時(shí)候,就會(huì)產(chǎn)生共模輻射,既共模EMI。

發(fā)射帶寬：即最高頻率發(fā)射帶寬,當(dāng)數(shù)字集成電路從邏輯高低之間轉(zhuǎn)換的時(shí)候,輸出端產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率并不是導(dǎo)致EMI的唯一成分。該方波中包含頻率范圍更寬廣的正弦諧波分量,這些正弦諧波分量是工程師所關(guān)心的EMI頻率成分,而最高的EMI頻率也稱為EMI的發(fā)射帶寬。

電磁環(huán)境：存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和。

電磁騷擾：任何能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或者無(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。

電磁干擾：電磁騷擾引起設(shè)備、傳輸通道和系統(tǒng)性能的下降。

電磁兼容性：設(shè)備或者系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

系統(tǒng)內(nèi)干擾：系統(tǒng)中出現(xiàn)由本系統(tǒng)內(nèi)部電磁騷擾引起的電磁干擾。

系統(tǒng)間干擾：有其他系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)一個(gè)系統(tǒng)造成的電磁干擾。

靜電放電：具有不同靜電電位的物體相互接近或者接觸時(shí)候而引起的電荷轉(zhuǎn)移。

建立時(shí)間（Setup Time）：建立時(shí)間就是接收器件需要數(shù)據(jù)提前于時(shí)鐘沿穩(wěn)定存在于輸入端的時(shí)間。

保持時(shí)間（Hold Time）：為了成功的鎖存一個(gè)信號(hào)到接收端,器件必須要求數(shù)據(jù)信號(hào)在被時(shí)鐘沿觸發(fā)后繼續(xù)保持一段時(shí)間,以確保數(shù)據(jù)被正確的操作。這個(gè)最小的時(shí)間就是我們說(shuō)的保持時(shí)間。

飛行時(shí)間（Flight Time）：指信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端傳輸?shù)浇邮斩?并達(dá)到一定的電平之間的延時(shí),和傳輸延遲和上升時(shí)間有關(guān)。

Tco：是指器件的輸入時(shí)鐘邊緣觸發(fā)有效到輸出信號(hào)有效的時(shí)間差,這是信號(hào)在器件內(nèi)部的所有延遲總和,一般包括邏輯延遲和緩沖延遲。緩沖延遲（buffer delay）：指信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器達(dá)到有效的電壓輸出所需要的時(shí)間

時(shí)鐘抖動(dòng)（Jitter）：時(shí)鐘抖動(dòng)是指時(shí)鐘觸的,和后期布線沒(méi)有關(guān)系。

時(shí)鐘偏移（Skew）：是指由同樣的時(shí)鐘產(chǎn)生的多個(gè)子時(shí)鐘信號(hào)之間的延時(shí)差異。

假時(shí)鐘: 假時(shí)鐘是指時(shí)鐘越過(guò)閾值(threshold)無(wú)意識(shí)地改變了狀態(tài)(有時(shí)在VIL 或VIH之間)。通常由于過(guò)分的下沖(undershoot)或串?dāng)_(crosstalk)引起。

電源完整性(Power Integrity)： 指電路系統(tǒng)中的電源和地的質(zhì)量。

同步開(kāi)關(guān)噪聲（Simultaneous Switch Noise）：指當(dāng)器件處于開(kāi)關(guān)狀態(tài),產(chǎn)生瞬間變化的電流（di/dt）,在經(jīng)過(guò)回流途徑上存在的電感時(shí),形成交流壓降,從而引起噪聲,簡(jiǎn)稱SSN。也稱為Δi噪聲。

地彈（Ground Bounce）：指由于封裝電感而引起地平面的波動(dòng),造成芯片地和系統(tǒng)地不一致的現(xiàn)象。同樣,如果是由于封裝電感引起的芯片和系統(tǒng)電源差異,就稱為電源反彈（Power Bounce）。