信号完整性包括哪些
21ic 2024-02-21

信号完整性(英语:Signal integrity, SI)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。

一般讨论的信号完整性基本上以研究数字电路为基础,研究数字电路的模拟特性。主要包含两个方面:信号的幅度(电压)和信号时序。与信号完整性噪声问题有关的四类噪声源:

1、单一网络的信号质量

2、多网络间的串扰

3、电源与地分配中的轨道塌陷

4、来自整个系统的电磁干扰和辐射当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时,该电路就有很好的信号完整性。

当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时,就出现了信号完整性问题。信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。一般认为,当系统工作在50MHz时,就会产生信号完整性问题,而随着系统和器件频率的不断攀升,信号完整性的问题也就愈发突出。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起信号完整性问题,导致系统工作不稳定,甚至完全不能正常工作。信号完整性和低功耗在蜂窝电话设计中是特别关键的考虑因素,EP谐波吸收装置有助三阶谐波频率轻易通过,并将失真和抖动减小至几乎检测不到的水平。随着集成电路输出开关速度提高以及PCB板密度增加,信号完整性已经成为高速数字PCB设计必须关心的问题之一。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等因素,都会引起信号完整性问题,导致系统工作不稳定,甚至完全不工作。 如何在PCB板的设计过程中充分考虑到信号完整性的因素,并采取有效的控制措施,已经成为当今PCB设计业界中的一个热门课题。

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