信号完整性（2）——信号完整性概述

一年前看了一遍《信号完整性问题和印制电路板设计》这本书，当时是在做 Intel 的一个芯片，所以学了一下，后来转作 MCU，就不需要信号完整性的知识了，就没再看。最近又开始做高通的一款芯片，虽然有原厂的参考资料，但是自己学到收的才是知识，所以在看一遍这本书。

下面是随意些重点的记录，方便自己以后查看，也方便别人了解一下。











一、 何时该考虑信号完整性

在多年前，大多数人把电路板当做是用来连接各个元件的无源器件，紫瑶连接正确，就不会有什么性能问题。但是现在越来越多的人开始重视信号完整性，那么当达到一个什么条件是，才应该着重考虑信号完整性呢？

答案就是当信号开始不完整的时候就要考虑信号完整性，这是一句废话，但却是正确答案，只是只回答了一半。那么什么时候信号会不完整呢？那就是当信号开始失真，或者当信噪比（S/N）开始下降时。

为什么电路板本身开始导致信噪比下降了呢？因为芯片的工艺越来越好、性能也越来越好，所以导致信号的上升时间变小了，而信号的上升时间变小，就导致了信噪比变得更差，也可以说是高速线导致了信号完整性问题。

电路存在信号完整性问题时变现出来的一些经典现象：

1. 设计不能满足 FCC 兼容性测试（这是最明显的现象）。

2. 设计只能间断的工作，并且常常找不到明显的原因。

3. 设计颜本呢过可靠地工作，但在随后哟不能正常工作：

    a. 无缘无故

    b. 在更换 IC 之后

    c. 在更换电路板的制造商之后

4. 只有精心挑选的电路板才可以组合在一起工作。

5. 设计对电源的变化敏感。

6. 设计对温度的变化敏感。

7. 设计在实验室可以正常工作，但是在现场只能尖端的工作。

二、 信号完整性问题归纳

电路板的信号完整性问题可以归纳为 4 个部分，它们都与上升时间有关（或者与谐波频率有关）

1. EMI（向电路板外界的辐射，或者容易被电路板外界的辐射所干扰）

2. 在一个网络上的反射

3. 两个网络或者多个网络之间的串扰，很多情况下是 EMI 的特殊情况

4. 在元件切换状态时，电源系统的稳定性

三、 理解信号完整性的重点

1. 3 个重要的电子学原理：

    a. 电流是电子的流动

    b. 电流只能在闭合回路中流动

    c. 电流在闭合回路中是恒定的

2. 设计人员得出下面基本结论：

    a. 每个信号都有一个回流信号

    b. 设计者必须知道回流信号在什么地方

导致信号完整性问题的一个基本原因就是设计者缺少对信号回流电流的控制。

四、 控制信号完整性问题办法

1. 利用 PCB 中的某层来控制信号回流电流。要想让设计有良好的信号完整性指标，就需要使用参考层，这是大家公认的。参考层的作用：

    a. 控制 EMI

    b. 稳定走线阻抗，这是控制信号反射的一个步骤

    c. 控制串扰

    d. 是电源系统高频去耦

2. 减小走线和参考层之间的距离（即走线在层上的高度），可以解决：

    a. 减小 EMI

    b. 减小串扰

3. 减小电路板上的电感效应。这对元件的连接点很重要，减小电源层和地层的电感通常更重要。