信號完整性

信號完整性

信號完整性是指信號在傳輸路徑上的質量,傳輸路徑可以是普通的金屬線,可以是光學器件,也可以是其他媒質。信號具有良好的信號完整性是指當在需要的時候,具有所必需達到的電壓電平數值。差的信號完整性不是由某一單一因素導致的,而是系統設計中多種因素共同引起的。

簡介

信號完整性(英語: Signal integrity, SI)是對於電子信號質量的一系列度量標準。在數字電路中,一串二進制的信號流是通過電壓(或電流)的波形來表示。然而,自然界的信號實際上都是模擬的,而非數字的,所有的信號都受噪音、扭曲和損失影響。在短距離、低比特率的情況里,一個簡單的導體可以忠實地傳輸信號。而長距離、高比特率的信號如果通過幾種不同的導體,多種效應可以降低信號的可信度,這樣系統或設備不能正常工作。信號完整性工程是分析和緩解上述負面效應的一項任務,在所有水平的電子封裝和組裝,例如積體電路的內部連線、積體電路封裝、印製電路板等工藝過程中,都是一項十分重要的活動。

信號完整性考慮的問題主要有振鈴(ringing)、串擾(crosstalk)、接地反彈、扭曲(skew)、信號損失和電源供應中的噪音。

測試設備

信號完整性分析 信號完整性分析

不管是在系統中什麼地方,隔離並排除信號完整性故障總是一項極具挑戰性的任務。您需要高頻寬而且省時的解決方案來正確解決高速信號偏差問題,信號完整性測試設備包括數字示波器、邏輯分析儀、實時頻譜分析儀、時域反射計、信號發生器、高保真探頭和分析軟體。

理論研究包括

一般討論的信號完整性基本上以研究數字電路為基礎,研究數字電路的模擬特性。主要包含兩個方面:信號的幅度(電壓)和信號時序。

與信號完整性噪聲問題有關的四類噪聲源:

1、單一網路的信號質量

2、多網路間的串擾

3、電源與地分配中的軌道塌陷

4、來自整個系統的電磁干擾和輻射

當電路中信號能以要求的時序、持續時間和電壓幅度到達接收晶片管腳時,該電路就有很好的信號完整性。當信號不能正常回響或者信號質量不能使系統長期穩定工作時,就出現了信號完整性問題。信號完整性主要表現在延遲、反射、串擾、時序、振盪等幾個方面。一般認為,當系統工作在50MHz時,就會產生信號完整性問題,而隨著系統和器件頻率的不斷攀升,信號完整性的問題也就愈發突出。元器件和PCB板的參數、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等這些問題都會引起信號完整性問題,導致系統工作不穩定,甚至完全不能正常工作。

信號完整性和低功耗在蜂窩電話設計中是特別關鍵的考慮因素,EP諧波吸收裝置有助三階諧波頻率輕易通過,並將失真和抖動減小至幾乎檢測不到的水平。

隨著積體電路輸出開關速度提高以及PCB板密度增加,信號完整性已經成為高速數字PCB設計必須關心的問題之一。元器件和PCB板的參數、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素,都會引起信號完整性問題,導致系統工作不穩定,甚至完全不工作。 如何在PCB板的設計過程中充分考慮到信號完整性的因素,並採取有效的控制措施,已經成為當今PCB設計業界中的一個熱門課題。

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