摘要：

信號(hào)完整性問題是一個(gè)系統(tǒng)性問題，廣義上講，信號(hào)完整性包括由于布局布線、電氣互連、電源、器件等引起的所有信號(hào)質(zhì)量及延時(shí)等等問題。其主要原因是信號(hào)頻率提升導(dǎo)致的信號(hào)邊沿變陡，陡峭的上升沿包含更加復(fù)雜的高頻信號(hào)及其分量，其相互作用下可能導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變。PCB板的工藝參數(shù)、元器件及在PCB板上的布局、高速信號(hào)的布線等等這些問題都可能引起信號(hào)完整性問題，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不能正常工作。

我對(duì)這塊的認(rèn)識(shí)相對(duì)比較簡單，信號(hào)完整性問題主要研究兩個(gè)方面的問題：信號(hào)的幅度(電壓)和信號(hào)時(shí)序。

信號(hào)能以要求的時(shí)間、順序、電壓幅度到達(dá)接收端時(shí)，該電路就有很好的信號(hào)完整性。否則，就容易出現(xiàn)信號(hào)完整性問題。信號(hào)完整性主要表現(xiàn)在振鈴、串?dāng)_、反射、延遲、時(shí)序錯(cuò)誤、抖動(dòng)等幾個(gè)方面。

1、振鈴

振鈴是一種出現(xiàn)在信號(hào)快速轉(zhuǎn)換時(shí)，附加在高速信號(hào)轉(zhuǎn)換邊緣上，且有一定衰減速度的震蕩失真信號(hào)的現(xiàn)象。

2、串?dāng)_

串?dāng)_在電子學(xué)上是指兩條信號(hào)線之間的耦合現(xiàn)象。這是因?yàn)榭臻g距離近的信號(hào)線之間會(huì)出現(xiàn)不希望的電感性和電容性耦合從而互相干擾。電容性耦合會(huì)引發(fā)耦合電流，而電感性耦合則引發(fā)耦合電壓。在印刷電路板設(shè)計(jì)和集成電路設(shè)計(jì)中，串?dāng)_是一個(gè)比較棘手的問題。

3、反射

反射是指信號(hào)在傳輸線上傳輸時(shí)，當(dāng)高速PCB上傳輸線的特征阻抗與信號(hào)的源端阻抗或負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，發(fā)生反射，使信號(hào)波形出現(xiàn)過沖、下沖和由此導(dǎo)致的振鈴現(xiàn)象。如下圖所示：

過沖（Over shoot）是指信號(hào)跳變的第一個(gè)峰值（或谷值），它是在電源電平之上或參考地電平之下的額外電壓效應(yīng)；

下沖（Under shoot）是指信號(hào)跳變的下一 個(gè)谷值（或峰值）。過大的過沖電壓經(jīng)常長期性地沖擊會(huì)造成器件的損壞，下沖會(huì)降低噪聲容限，振鈴增加了信號(hào)穩(wěn)定所需要的時(shí)間，從而影響到系統(tǒng)時(shí)序。

4、延遲，時(shí)序錯(cuò)誤

信號(hào)延遲和時(shí)序錯(cuò)誤是指信號(hào)在PCB的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端發(fā)出到達(dá)接收端，其間存在一個(gè)傳輸延遲。過多的信號(hào)延遲或者信號(hào)延遲不匹配可能導(dǎo)致時(shí)序錯(cuò)誤和邏輯器件功能混亂。

5、抖動(dòng)

抖動(dòng)是指事件的理想定時(shí)與實(shí)際定時(shí)之間的偏差。一般這樣定義抖動(dòng)：“信號(hào)的某特定時(shí)刻相對(duì)于其理想時(shí)間位置上的短期偏離為抖動(dòng)”。為了理解這個(gè)概念，假設(shè)我們正在發(fā)送一個(gè)數(shù)字正弦波并在坐標(biāo)紙上繪制其圖形。每個(gè)正方形相當(dāng)于一個(gè)時(shí)鐘脈沖；由于垂直線之間的間隔是等距的，因此最后我們可以得到一個(gè)完美的周期性時(shí)鐘信號(hào)。在每個(gè)時(shí)鐘脈沖上，獲取3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并將各點(diǎn)繪制在坐標(biāo)紙上。由于它具有周期性，因此我們可以得到一個(gè)精準(zhǔn)的正弦波。

            周期性采樣時(shí)鐘可讓數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行正確、精準(zhǔn)的通信。   

現(xiàn)在，我們假設(shè)垂直線之間不是等距的。這樣會(huì)使時(shí)鐘信號(hào)的周期性不那么明顯。當(dāng)繪制數(shù)據(jù)時(shí)，它們之間的間隔并不相同，因此看起來不正確。

如果時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生了抖動(dòng)，將引起數(shù)字波形發(fā)生變形。

在上圖中，可以看到時(shí)鐘信號(hào)電平的切換距離是不均勻的；這就是時(shí)鐘的抖動(dòng)。盡管上圖抖動(dòng)較為夸張，但是它說明了抖動(dòng)的時(shí)鐘會(huì)導(dǎo)致采樣在不均勻的時(shí)間間隔上觸發(fā)。這種不均勻?qū)е乱涗浐蛷?fù)制的波形發(fā)生變形。

本文轉(zhuǎn)載自 8號(hào)線攻城獅 ，電子工程專輯對(duì)文中觀點(diǎn)保持中立，僅供學(xué)習(xí)、交流之目的。