河北信号完整性分析系列

信号完整性是许多设计人员在高速数字电路设计中涉及的主要主题之一。信号完整性涉及数字信号波形的质量下降和时序误差，因为信号从发射器传输到接收器会通过封装结构、PCB 走线、通孔、柔性电缆和连接器等互连路径。

当今的高速总线设计如 LpDDR4x、USB 3.2 Gen1/2 (5Gbps/10Gbps)、USB3.2x2 (2x10Gbps)、PCIe 和即将到来的 USB4.0 (2x20Gbps) 在高频数据从发送器流向接收器时会发生信号衰减。本文将概述高速数据速率系统的信号完整性基础知识和集肤效应、阻抗匹配、特性阻抗、反射等关键问题。 信号完整性测量和数据后期处理；河北信号完整性分析系列

PCB的信号完整性问题主要包括信号反射、串扰、信号延迟和时序错误。

1、反射信号在传输线上传输时，当高速PCB上传输线的特征阻抗与信号的源端阻抗或负载阻抗不匹配时，信号会发生反射，使信号波形出现过冲、下冲和由此导致的振铃现象。过冲（Overshoot）是指信号跳变的个峰值（或谷值），它是在电源电平之上或参考地电平之下的额外电压效应；下冲（Undershoot）是指信号跳变的下一个谷值（或峰值）。过大的过冲电压经常长期性地冲击会造成器件的损坏，下冲会降低噪声容限，振铃增加了信号稳定所需要的时间，从而影响到系统时序。

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   信号完整性是对于电子信号质量的一系列度量标准。在数字电路中，一串二进制的信号流是通过电压（或电流）的波形来表示。然而，自然界的信号实际上都是模拟的，而非数字的，所有的信号都受噪音、扭曲和损失影响。在短距离、低比特率的情况里，一个简单的导体可以忠实地传输信号。而长距离、高比特率的信号如果通过几种不同的导体，多种效应可以降低信号的可信度，这样系统或设备不能正常工作。信号完整性工程是分析和缓解上述负面效应的一项任务，在所有水平的电子封装和组装，例如集成电路的内部连接、集成电路封装、印制电路板等工艺过程中，都是一项十分重要的活动。信号完整性考虑的问题主要有振铃（ringing）、串扰（crosstalk）、接地反弹、扭曲(skew)、信号损失和电源供应中的噪音。

信号完整性测试方法：

-时域测试：观察信号在时间轴上的波形，分析信号的上升时间、下降时间、瞬态响应等参数，评估信号是否存在失真。

-频域测试：通过对信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换到频域，分析信号的功率谱密度、带宽等参数，评估信号在传输路径中存在的滤波和截止频率等问题。

-时钟测试：通过观察时钟信号在传输路径中的形状和时间差异，分析时钟信号的完整性，评估时钟信号是否存在抖动和时钟漂移等问题。

克劳德高速数字信号测试实验室 什么时候需要考虑信号完整性问题呢？

典型的数字信号波形可以知道如下几点

(1)过冲包括上过冲(Overshoot_High)和下过冲(Overshoot_Low)。上过冲是信号高于信号供电电源电压Kc的最高电压，下过冲是信号低于参考地电压厶的比较低电压。过冲可能不会对功能产生影响，但是过冲过大会造成器件损坏，影响器件的可靠性。

（2） 回冲是信号在达到比较低电压或最高电压后回到厶之上（下回冲，Ringback_Low） 或心之下的电压（上回冲，Ringback_Low）。回冲会使信号的噪声容限减小，需要控制在保 证翻转门限电平的范围，否则对时钟信号回冲过大会造成判决逻辑错误，对数据或地址信号 回冲过大会使有效判决时间窗口减小，使时序紧张。通常过冲与回冲是由于信号传输路径的 阻抗不连续所引起的反射造成的。

（3） 振铃（Ringing）是信号跳变之后的振荡，同样会使信号的噪声容限减小，过大会造 成逻辑错误，而且会使信号的高频分量增加，增大EMI问题。 探索和设计信号完整性解决方案；宁夏信号完整性分析维修价格

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信号完整性问题及解决方法

信号完整性问题的产生原因，影响信号完整性的各种因素，以及各因素之间的互相作用，辨识潜在风险点。信号完整性设计中5类典型问题的处理方法辨析。初步认识系统化设计方法。对信号完整性问题形成宏观上的认识。

什么是信号完整性？

一些常见的影响信号质量的因素。

信号完整性设计中5类典型问题。

正确对待仿真与设计。

信号传播、返回电流、参考平面合理选择参考平面、控制耦合、规划控制返回电流，是信号完整性设计的一项基本但非常重要能力。信号传播方式是理解各种信号完整性现象的基础，没有这个基础一切无从谈起。返回电流是很多问题的来源。参考平面是安排布线层、制定层叠结构的依据。耦合问题导致PCB设计中可能产生很多隐藏的雷区。本部分用直观的方式详细讲解这些内容。通过案例展示如果处理不当可能产生的问题，以及如何在系统化设计方法中应用这些知识。 河北信号完整性分析系列

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