信号完整性（2）——信号完整性概述

一年前看了一遍《信号完整性問題和印制電路闆設計》這本書，當時是在做 Intel 的一個晶片，是以學了一下，後來轉作 MCU，就不需要信号完整性的知識了，就沒再看。最近又開始做高通的一款晶片，雖然有原廠的參考資料，但是自己學到收的才是知識，是以在看一遍這本書。

下面是随意些重點的記錄，友善自己以後檢視，也友善别人了解一下。

一、 何時該考慮信号完整性

在多年前，大多數人把電路闆當做是用來連接配接各個元件的無源器件，紫瑤連接配接正确，就不會有什麼性能問題。但是現在越來越多的人開始重視信号完整性，那麼當達到一個什麼條件是，才應該着重考慮信号完整性呢？

答案就是當信号開始不完整的時候就要考慮信号完整性，這是一句廢話，但卻是正确答案，隻是隻回答了一半。那麼什麼時候信号會不完整呢？那就是當信号開始失真，或者當信噪比（S/N）開始下降時。

為什麼電路闆本身開始導緻信噪比下降了呢？因為晶片的工藝越來越好、性能也越來越好，是以導緻信号的上升時間變小了，而信号的上升時間變小，就導緻了信噪比變得更差，也可以說是高速線導緻了信号完整性問題。

電路存在信号完整性問題時變現出來的一些經典現象：

1. 設計不能滿足 FCC 相容性測試（這是最明顯的現象）。

2. 設計隻能間斷的工作，并且常常找不到明顯的原因。

3. 設計顔本呢過可靠地工作，但在随後喲不能正常工作：

    a. 無緣無故

    b. 在更換 IC 之後

    c. 在更換電路闆的制造商之後

4. 隻有精心挑選的電路闆才可以組合在一起工作。

5. 設計對電源的變化敏感。

6. 設計對溫度的變化敏感。

7. 設計在實驗室可以正常工作，但是在現場隻能尖端的工作。

二、 信号完整性問題歸納

電路闆的信号完整性問題可以歸納為 4 個部分，它們都與上升時間有關（或者與諧波頻率有關）

1. EMI（向電路闆外界的輻射，或者容易被電路闆外界的輻射所幹擾）

2. 在一個網絡上的反射

3. 兩個網絡或者多個網絡之間的串擾，很多情況下是 EMI 的特殊情況

4. 在元件切換狀态時，電源系統的穩定性

三、 了解信号完整性的重點

1. 3 個重要的電子學原理：

    a. 電流是電子的流動

    b. 電流隻能在閉合回路中流動

    c. 電流在閉合回路中是恒定的

2. 設計人員得出下面基本結論：

    a. 每個信号都有一個回流信号

    b. 設計者必須知道回流信号在什麼地方

導緻信号完整性問題的一個基本原因就是設計者缺少對信号回流電流的控制。

四、 控制信号完整性問題辦法

1. 利用 PCB 中的某層來控制信号回流電流。要想讓設計有良好的信号完整性名額，就需要使用參考層，這是大家公認的。參考層的作用：

    a. 控制 EMI

    b. 穩定走線阻抗，這是控制信号反射的一個步驟

    c. 控制串擾

    d. 是電源系統高頻去耦

2. 減小走線和參考層之間的距離（即走線在層上的高度），可以解決：

    a. 減小 EMI

    b. 減小串擾

3. 減小電路闆上的電感效應。這對元件的連接配接點很重要，減小電源層和地層的電感通常更重要。