做項目開始做一些信號頻率較高的板子，自學一下信號完整性分析，邊學邊記錄，鞏固學習，參考書為Eric Bogatin的《信號完整性與電源完整性分析》第三版和一些網絡查閱的資料，會在相關位置附上原文鏈接，有錯誤還希望大佬批評指正。

本篇對應課本第一章

• 概論

遵循課本內容，先對信號完整性相關概念進行了解

1.1含義

廣義上，信號完整性指在高速產品中由互連線引起的所有問題。可以將問題歸結為以下三類：

信號完整性（SI）：信號波形的失真。

電源完整性（PI）：有源器件供電的互連線及各相關元器件上的噪聲。是指與電源分配網絡（Power Delivery Network，PDN）相關的問題。

電磁兼容（EMC）：產品自身電磁輻射和外場導入產品的電磁干擾。

以上三個領域中6種問題：

單一網絡信號的信號失真。

互連線中頻率相關損耗引起的上升邊退化（包含在單一網絡信號中）。

兩個或多個網絡之間的串擾。

作為串擾特殊形式的地彈和電源彈。

電源和地分配中的軌道塌陷。

來自整個系統的電磁干擾和輻射。

具體解釋見以下小結

1.2單一網絡信號完整性

單一網絡上的信號失真分為三個方面。

反射。引起反射唯一原因：信號遇到的瞬時阻抗變化，一旦發生阻抗變化，信號就在變化處發生反射。引起阻抗變化的所有特征稱為突變。來源：互連線末端；線寬變化；層轉換；返回路徑平面上的間隙；接插件；路由的拓撲改變（分支線、T型線、樁線）。

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阻抗突變時產生振鈴

（ 在高速信號的拓撲結構中，某一個器件兩端都有Trace連接到其他的器件，如chip、connector等。那么我們就把這兩端中trace很短的那部份走線叫做樁線（stub）。在做layout的過程中要避免出現樁線。如果不能避免，那么就把這根trace lay短于200mil。可以較好的避免反射等影響信號質量的情況。）-百度百科

解決方法：使用均勻的傳輸線；控制末端反射，采用端接電阻；使用沿線拓撲的阻抗維持恒定的布線規則，點到點布線，最小化支路（例子：菊花鏈）；對線的幾何特征進行精細設計，以修正邊緣場。

（端接，butt joint，是指消除信號反射的一種方式。在傳輸線中，當阻抗出現不匹配時，會發生反射，而減小和消除反射的方法是根據傳輸線的特性阻抗在其發送端或接收端進行阻抗匹配，從而使源反射系數或負載反射系數為零。通常傳輸線的端接采用以下兩種策略，使負載阻抗與傳輸線阻抗匹配，即終端端接，使源阻抗與傳輸線阻抗匹配，即源端端接。）--百度百科

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菊花鏈是相對最為常見的一種拓撲方式。菊花鏈拓撲的原理可以解釋為：將所有的總線視作拓撲的干路，從處理器引出之后，每個存儲設備所需要的總線視為支路，也稱為“SUB線”。從微機原理的角度上講，更像是將所有的總線視作一條“大總線”，每個內存設備需要總線的時候，直接從“大總線”中引入自己需要的數據總線、地址總線與控制總線。菊花鏈拓撲結構沒有保持驅動端到各個負載走線長度盡量一致，而是確保各個驅動端到信號主干道的長度盡量短。菊花鏈拓撲結構走線的特點，犧牲了時鐘、地址和控制信號的同步，但最大的特點是盡可能降低各負載分支走線長度，避免分支信號對主干信號的反射干擾。

原文鏈接：高速電路中菊花鏈、fly-by與T點拓撲_師范大學生的博客-CSDN博客_fly-by

等長走線 | 菊花鏈拓撲結構_明緯筆談的博客-CSDN博客

2.互連線中頻率相關損耗引起的上升邊退化，即上升邊被拉長。當上升邊沿退化到接近信號的單位間隔時，1bit的信息將會泄漏到下一個甚至下下個bit，造成符號間干擾。

3.兩個或多個信號路徑之間的時延差稱為錯位。解決：等長線。

1.3串擾

一個網絡（動態網絡）上信號質量很好，一些信號也會以有害的形式耦合到第二個靜態網絡上。分為容性耦合和感性耦合。

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容性耦合

回憶一下我們所熟悉的平行板電容，兩個規則平行板導體，周圍充滿介質就形成了一個電容器。對于PCB板上的情況，兩條走線之間和參考平面之間也會形成電容器，圖3中C1表示走線和參考平面之間形成的電容，C2表示兩走線之間形成的電容。從電容的角度來看，當一條走線上電壓變化時，相當于電容C2兩端電壓變化，電容C2充電鄰近的導體（電容的另一端）上必然也會有電流，串擾隨之產生。走線之間的電容與走線之間的間距密切相關，當間距增大時，耦合電容迅速減小，耦合作用急劇減弱。如果在兩條走線之間放入另一根走線，這兩跳走線之間耦合電容會進一步減小，這種現象正是使用隔離底線抑制串擾的出發點之一。

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感性耦合

如果一條走線上有數字信號傳輸，在信號電平跳變過程中，即信號處于跳變邊沿時，走線上電壓不斷變化，走線上的電流也不斷變化，這樣在走線周圍產生變化的磁場，而變化的磁場在鄰近走線上產生感應電流。這就是感性耦合。同樣的拉開PCB板上走線的間距，能明顯減小兩天線之間的互感耦合。感性耦合機理如圖3

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原文連接https://bbs.elecfans.com/jishu_1706422_1_1.html

信號返回路徑為均勻平面時的結構時實現最低串擾的結構，一旦返回路徑的均勻平面發生變化，就會增加兩個傳輸線之間的耦合噪聲，例如信號經過接插件且多個信號共用的返回路徑是一個引腳而不是一個平面。地彈實際上是同一個導體上返回電流重疊而出現的一種特殊情況。

1.4軌道塌陷噪聲

當通過電源路徑和地路徑的電流發生變化（如芯片輸出翻轉），電源和地路徑之間的阻抗產生一個壓降，這個壓降意味著供給芯片的電壓減小，可以看作電壓的突然減小或塌陷。

解決方案：將電源分配網絡設計成低阻抗的。考慮一下特性：相鄰電源和地分配層平面介質盡可能薄；加裝多個低電感去耦電容器；封裝安排多個很短的電源和地引腳；低阻抗穩壓模塊；封裝去耦電容器；片內去耦。

1.5電磁干擾

電磁干擾問題有三個方面：噪聲源、輻射傳播路徑和天線。

解決方法：使用屏蔽盒減少噪聲；連接電纜上使用鐵氧體，使用低阻抗連接的屏蔽電纜。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的信号完整性分析与电源完整性分析学习笔记（一）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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