关于SI信号完整性,你应该了解以下几点
SI基础知识概要
两个重要的推论：
信号上升边时间减小，即通常所指电压或电流变化率增大（ dI/dt或dV/dt增大） 阻抗连续性是造成信号完整性问题的重要因素
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产生原因及影响
产生原因
电磁感应
影响
时序 噪声 电磁干扰（EMI）
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产品发展趋势
在早期的电子产品中，不存在信号完整性问题
早期的电子产品时钟频率低 一般情况下，时钟频率越高，上升变越快
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工具
仿真工具
HSPICE Sigrity
量测工具
VNA TDR 阻抗测试仪
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一些基本概念（1） 一些基本概念（
过冲
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一些基本概念（2） 一些基本概念（
非单调性
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一些基本概念（3） 一些基本概念（
码间串扰ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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一些基本概念（4） 一些基本概念（
噪声裕量
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一些基本概念（5） 一些基本概念（
阻抗匹配：又叫端接
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一些基本概念（6） 一些基本概念（
趋肤效应
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一些基本概念（7） 一些基本概念（
损耗角：用以描述非理想板材的损耗功率，其正切值为 复介电常数的虚步与实部比值
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诚信﹒尊重﹒追求卓越
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反射
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串扰
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PI
10
EMI
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解决方案——思路 解决方案——思路 ——
反射：
阻抗连续 严格管控板厂工艺
串扰
切断传播路径，即降低互容和互感
PI
降低电源传播路径的阻抗值
EMI
切断传播路径 消除辐射源
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解决方案——设计方法 解决方案——设计方法 ——
电路设计中的信号完整性SI问题分析与解决
电路设计中的信号完整性SI问题分析与解决引言：在现代电子设备中，信号完整性是一个至关重要的问题。
由于信号的传输速度越来越高，信号完整性问题变得尤为突出。
本文将分析信号完整性（Signal Integrity，简称SI）问题在电路设计中的重要性，并介绍一些常见的SI问题及其解决方法。
一、信号完整性的重要性信号完整性是指在信号传输过程中保持信号波形的准确性和完整性，确保信号的正确传递和解读。
如果信号受到干扰、衰减或失真，可能会导致数据的错误传输或丢失。
这对于各种电子设备，尤其是高速数据传输的系统来说，都是一项极其重要的考虑因素。
二、常见的SI问题1. 反射干扰反射干扰是信号在多个传输线之间传播时产生的一种干扰现象。
当信号到达传输线末端时，一部分信号能够反射回来，与输入信号相叠加，引起波形失真。
这种干扰主要由于阻抗不匹配引起。
2. 串扰干扰串扰干扰是指在多条相邻的传输线上，信号在传输过程中相互影响的现象。
这种干扰主要由于电磁场相互耦合引起，导致信号波形失真，降低信号质量。
3. 时钟抖动时钟抖动是指时钟信号在传输中出现的随机时移现象。
时钟抖动可能导致时序错误，使系统无法正确同步，进而影响整个系统的性能。
三、SI问题的解决方法1. 降低阻抗不匹配为了解决反射干扰问题，可以通过匹配传输线和负载的阻抗，减少信号反射。
采用合适的终端电阻，可以使信号在传输线上的反射最小化。
2. 优化布线方式在设计电路板布线时，应尽量避免传输线之间的相互干扰。
合理安排和分隔传输线的布局，使用屏蔽层和地平面层等技术手段，可有效减少串扰干扰。
3. 使用信号完整性分析工具借助信号完整性分析工具，可以模拟和分析信号在电路板上的传输过程，帮助发现潜在的SI问题。
通过调整设计参数，优化电路板布线，可以提前预防并解决SI问题。
4. 时钟校准技术对于时钟抖动问题，可以采用时钟校准技术来调整时钟信号的时序和相位。
通过使用高精度的时钟源和时钟校准电路，可以有效减少时钟抖动带来的问题。
集成电路设计中的信号完整性
集成电路设计中的信号完整性集成电路（IC）设计是现代电子工程的核心。
随着技术的进步，集成电路的复杂性不断增加，这给信号完整性（SI）带来了更大的挑战。
信号完整性是指信号在传输过程中保持其完整性和正确性的能力。
在集成电路设计中，信号完整性是一个至关重要的因素，因为它直接影响到系统的性能和可靠性。
信号完整性问题的产生信号完整性问题的产生主要是由于集成电路中的传输线路特性以及电磁干扰。
传输线路的特性会导致信号在传输过程中发生失真，而电磁干扰则会引起信号的噪声。
这些失真和噪声会影响到信号的质量和性能。
传输线路特性集成电路中的传输线路主要包括导线和连接器。
这些传输线路的特性会影响信号的传输。
例如，导线的电阻会导致信号的延迟，而导线的电感会导致信号的衰减。
此外，传输线路的阻抗不匹配也会引起信号的反射和衰减。
电磁干扰电磁干扰是指外部电磁场对信号的影响。
在集成电路中，电磁干扰主要来自于电源线、信号线和其他电子元件。
电磁干扰会引起信号的噪声，从而影响信号的质量和性能。
信号完整性分析的方法为了确保信号完整性，集成电路设计人员需要进行信号完整性分析。
信号完整性分析主要包括时域分析和频域分析两种方法。
时域分析时域分析是一种基于时间的方法，用于分析信号在时间上的行为。
时域分析的主要工具是示波器和信号分析仪。
通过时域分析，设计人员可以观察信号的波形，从而确定信号是否发生了失真或噪声。
频域分析频域分析是一种基于频率的方法，用于分析信号在频率上的行为。
频域分析的主要工具是频谱分析仪。
通过频域分析，设计人员可以确定信号的频率成分，从而确定信号是否受到了电磁干扰。
信号完整性设计原则为了确保信号完整性，集成电路设计人员需要遵循一些基本的设计原则。
最小化导线长度导线长度是影响信号传输延迟和衰减的主要因素。
因此，设计人员应该尽量减少导线的长度，以降低信号传输的延迟和衰减。
匹配阻抗为了减少信号的反射和衰减，设计人员应该确保传输线路的阻抗与信号源和负载的阻抗相匹配。
PCB设计解决信号完整性SI问题的几种方法介绍
PCB设计解决信号完整性SI问题的几种方法介绍简介：信号完整性（SI）问题解决得越早，设计的效率就越高，从而可避免在PCB设计完成之后才增加端接器件，本文主要介绍了几种解决信号完整性（SI）问题的方法。
1 设计前的准备工作在设计开始之前，必须先行思考并确定设计策略，这样才能指导诸如元器件的选择、工艺选择和电路板生产成本控制等工作。
就SI而言，要预先进行调研以形成规划或者设计准则，从而确保设计结果不出现明显的SI问题、串扰或者时序问题。
2 电路板的层叠某些项目组对PCB层数的确定有很大的自主权，而另外一些项目组却没有这种自主权，因此，了解你所处的位置很重要。
其它的重要问题包括：预期的制造公差是多少？在电路板上预期的绝缘常数是多少？线宽和间距的允许误差是多少？接地层和信号层的厚度和间距的允许误差是多少？所有这些信息可以在预布线阶段使用。
根据上述数据，你就可以选择层叠了。
注意，几乎每一个插入其它电路板或者背板的PCB 都有厚度要求，而且多数电路板制造商对其可制造的不同类型的层有固定的厚度要求，这将会极大地约束最终层叠的数目。
你可能很想与制造商紧密合作来定义层叠的数目。
应该采用阻抗控制工具为不同层生成目标阻抗范围，务必要考虑到制造商提供的制造允许误差和邻近布线的影响。
在信号完整的理想情况下，所有高速节点应该布线在阻抗控制内层（例如带状线）。
要使SI最佳并保持电路板去耦，就应该尽可能将接地层/电源层成对布放。
如果只能有一对接地层/电源层，你就只有将就了。
如果根本就没有电源层，根据定义你可能会遇到SI问题。
你还可能遇到这样的情况，即在未定义信号的返回通路之前很难仿真或者仿真电路板的性能。
3 串扰和阻抗控制。
SI
0.6 信号完整性测量技术
测量工具也可以分为三类测量仪器：阻抗分析仪；矢量网络 分析仪(VNA)以及时域反射计(TDR)。 阻抗分析仪测量电压/电流比=阻抗。 频率从 100Hz 到 40MHz。 有四个接头，一对接头产生流过被测器件(DUT)的正弦波电流， 第二对接头测量被测器件(DUT)的正弦电压。 矢量网络分析仪在频域工作。每个接头或端口发出一个正弦 电压，频率范围从几 KHz 到 50GHz，在每个频率点测量入射电压 的幅度与相位以及反射的幅度和相位。 时域反射仪(TDR)在时域工作。发射快速上升的阶跃信号， 上升边为 35ps 到 150ps，然后测量反射的瞬态幅度。
高速电路与系统互连设计中
信号完整性(SI)分析
李玉山
西安电子科技大学电路CAD研究所
0.0 信号完整性含义
英文中的人格完整性(personal integrity)，指正直、忠 诚、完美。中文没有，但可以对“完整”这一词义加以类比。 其他还有电源完整性、数据完整性、热完整性等。 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。 信号完整性强调信号在电路中产生正确响应的能力。
●有损传输线引起数据完整性(DI)问题 有损传输线引起上升边退化，从而引起符 号间干扰或ISI，造成数据不完整问题。 当频率大于1GHz时，介质损耗的增长与频 率成正比，而导线损耗与频率的平方根成正 比(注意此处的自变量为频率)。 FR4的介质损耗对当传输10inch后，上升边 将增加到100ps。
信号完整性(SI)可以泛指由互连线引起的所有信
时序分析--信号完整性问题（SI）（转载）
时序分析--信号完整性问题（SI）（转载）时序分析1. 共同时钟系统所谓共同时序系统就是指驱动端和接收端的同步时钟信号都是由⼀个系统时钟发⽣器提供。
图1就是⼀个典型的共同时钟系统的⽰意图，在这个例⼦中，驱动端向接收端传送数据，我们可以将整个数据传送的过程考虑为三个步骤：1. 核⼼处理器提供数据；2.在第⼀个系统时钟上升沿到达时，DRIVER将数据Dp锁存⾄Qp输出；3.Qp沿传输线传送到接收端触发器的Dc，并在第⼆个时钟上升沿到达时，将数据传送到RECEIVER内部。
⼀般来说，标准普通时钟系统的时钟信号到各个模块是同步的，即图中的Tflight clka和Tflight clkb延时相同。
通过分析不难看出，整个数据从发送到接收的过程需要经历连续的两个时钟沿，也就是说，如果要使系统能正常⼯作，就必须在⼀个时钟周期内让信号从发送端传输到接收端。
如果信号的传输延迟⼤于⼀个时钟周期，那么当接收端的第⼆个时钟沿触发时，就会造成数据的错误读取，因为正确的数据还在传输的过程中，这就是建⽴时间不⾜带来的时序问题。
⽬前普通时序系统的频率⽆法得到进⼀步提升的原因就在于此，频率越⾼，时钟周期越短，允许在传输线上的延时也就越⼩，200-300MHz已经⼏乎成为普通时序系统的频率极限。
那么，是不是传输延时保持越⼩就越好呢？当然也不是的，因为它还必须要满⾜⼀定的保持时间。
在接下来⼏节⾥，我们就建⽴和保持时间来分析⼀下时序设计需要考虑的⼀些问题以及正确的系统时序所必须满⾜的条件。
1.1 时序基本参数对于时序问题的分析，我们⾸先要清楚地理解相关的⼀些时序参数的具体含义，⽐如Tco，缓冲延时，传播延迟，最⼤/⼩飞⾏时间，建⽴时间，保持时间，建⽴时间裕量，保持时间裕量，时钟抖动，时钟偏移等等，如果对这些参数的概念理解不深刻，就很容易造成时序设计上的失误。
⾸先要阐明的是Tco和缓冲延时（buffer delay）的区别。
从定义上来说，Tco是指时钟触发开始到有效数据输出的器件内部所有延时的总和；⽽缓冲延时是指信号经过缓冲器达到有效的电压输出所需要的时间。
信号完整性基础知识
信号完整性基础知识张士贤编写中兴通讯上海第一研究所前言近年来，通讯技术、计算机技术的发展越来越快，高速数字电路在设计中的运用越来越多，数字接入设备的交换能力已从百兆、千兆发展到几十千兆。
高速数字电路设计对信号完整性技术的需求越来越迫切。
在中、大规模电子系统的设计中，系统地综合运用信号完整性技术可以带来很多好处，如缩短研发周期、降低产品成本、降低研发成本、提高产品性能、提高产品可靠性。
数字电路在具有逻辑电路功能的同时，也具有丰富的模拟特性，电路设计工程师需要通过精确测定、或估算各种噪声的幅度及其时域变化，将电路抗干扰能力精确分配给各种噪声，经过精心设计和权衡，控制总噪声不超过电路的抗干扰能力，保证产品性能的可靠实现。
为了满足中兴上研一所的科研需要，我们在去年和今年关于信号完整性技术合作的基础上，克服时间紧、任务重的困难，编写了这份硬件设计培训系列教材的“信号完整性”部分。
由于我们的经验和知识所限，这部分教材肯定有不完善之处，欢迎广大读者和专家批评指正。
本教材的对象是所内硬件设计工程师，针对我所的实际情况，选编了第一章——导论、第二章——数字电路工作原理、第三章——传输线理论、第四章——直流供电系统设计，相信会给大家带来益处。
同时，也希望通过我们的不懈努力能消除大家在信号完整性方面的烦脑。
在编写本教材的过程中，得到了沙国海、张亚东、沈煜、何广敏、钟建兔、刘辉、曹俊等的指导和帮助，尤其在审稿时提出了很多建设性的意见，在此一并致谢！张士贤2000年10月31日1 ZTE中兴术语、符号和缩略语术语1．信号完整性（Signal Integrity）信号完整性是指信号在信号线上的质量。
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需达到的电压电平数值。
2．传输线（Transmission Line）传输线是一个网络（导线），并且它的电流返回到地或电源。
3．特性阻抗（Characteristic Impedance）组成信号传输回路的两个导体之间存在分布电感和分布电容，当信号沿该导体传输时，信号的跃变电压（V）和跃变电流（I）的比值称为特性阻抗（Z0），即Z0=V/I。
信号完整性的SI设计规划问题的浅析
１设计前的准备工作
匕信号之间的最，Ｊ、允 许间距。同时，如果设计中包 还可以调整输出驱动的选择 ，以便改进 ＳＩ设计或
在设计开始之前，必须先行思考并确定设计 含阻抗重要的节点 ，你就必须将布线放置在—层 避免采用离散端接器件。
策略 ，这样才能指导诸如元器件的选择、工艺选择 上以得到想要的阻抗。
某一层是 ５０１１阻抗控制 ，制造商怎样测量并确保 才能保证 ＳＩ的品质，并有助于解决象输出同步交 调整生产率。
这个 数值 呢？
换（ｓｓｏ）和电磁兼容（ＥＭｃ）等问题。
其它的重要问题包括：预期的制造公差是多
在新型 ＦＰＧＡ可编程技术或者用户定义 Ａ—
８后制 造阶 段 采取上述措施可以确保电路板的 ｓＩ设计品
少？在电路板 Ｅ预期的绝缘常数是多少？线宽和间 ＳＩＣ中。可以找到驱动技术的优越性。采用这些定 质，在电路板装配完成之后，仍然有必要将电路板 距的允许误差是多少？接地层和信号层的厚度和 制（或者半定制）器件 ，你就有很大的余地选定 驱 放在测试平台上 ，利用示波器或者 ＴＤＲ（时域反射
间距的允许误差是多少？所有这些信 息可以在预 动幅度和速度 。设计初期，要满足 ＦＰＧＡ（或 ＡＳＩＣ） 计 ）测量，将真实电路板和仿真预期结果进行比
布线阶段使用。
设计时间的要求并确定恰当的输出选择，如果可 较。这些测量数据可以帮助你改进模型和制造参
根据 七述数据，你就可 以选择层叠了。注意 ， 能 的话 ，还 要包 括引脚 选择 。
数，以便你在下一次预设汁凋研工作中做出更佳
几乎每一个插入其它 电路板 或者背板的 ＰＣＢ都
这个设计阶段 ，要从 ＩＣ供货商那里获得合 的决策。
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关于SI信号完整性，你应该了解以下几点
1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。
信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。
主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。
常见信号完整性问题及解决方法：问题可能原因解决方法其他解决方法过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面过大的串扰线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源时延太大传输线距离太长替换或重新布线, 检查串行端接头使用阻抗匹配的驱动源, 变更布线策略振荡阻抗不匹配在发送端串接阻尼电阻
2、什么是串扰（crosstalk）？串扰（crosstalk）是指在两个不同的电性能之间的相互作用。
产生串扰（crosstalk）被称为Aggressor，而另一个收到干扰的被称为Victim。
通常，一个网络既是Aggressor（入侵者），又是Victim（受害者）。
振铃和地弹都属于信号完整性问题中单信号线的现象（伴有地平面回路），串扰则是由同一PCB板上的两条信号线与地平面引起的，故也称为三线系统。
串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。
容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。
PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
3、什么是电磁兼容（EMI）？电磁干扰（Ectromagnetioc Interference），或者电磁兼容性（EMI），是从一个传输线（transmission line）（例如电缆、导线或封装的管脚）得到的具有天线特性的结果。
印制电路板、集成电路和许多电缆发射并影响电磁兼容性（EMI）的问题。
FCC定义了对于一定的频率的最大发射的水平（例如应用于飞行控制器领域）。
4、在时域（time domain）和频域（frequency domain）之间又什么不同？时域（time domain）是一个波形的示波器观察，它通常用于找出管脚到管脚的延时（delays）、偏移（skew）、过冲（overshoot）、下冲（undershoot）以及设置时间（setting times）。
频域。