信号完整性可能遇见的五类问题

当今的电子设计工程师可以分成两种，一种是已经遇到了信号完整性问题，一种是将要遇到信号完整性问题。
对于未来的电子设备，频率越来越高，射频元器件越来越小，越来越集中化、模块化。因此电磁信号未来也会变得越来越密集，所以提前学习信号完整性和电源完整性相关的知识可能对于我们对于电路的设计更有益处吧。
对信号完整性和电源完整性分析中常常分为五类问题：
1、单信号线网的三种退化（反射、电抗，损耗）
反射：一般都是由于阻抗不连续引起的，即没有阻抗匹配。反射系数=ZL-ZO/(ZL+ZO)，其中ZO叫做特性阻抗，一般情况下中都为50Ω。为啥是50Ω，75Ω的的传输损耗小，33Ω的信道容量大，所以选择了他们的中间数50Ω。下图为点对电拓扑结构四种常用端接，其中第一种，源端匹配为首选。

电抗：电抗分为阻抗和导纳。阻抗Z=R+jwL,导纳为阻抗的倒数。高频情况下，电阻、电容和电感会产生寄生参数。
等效模型如下图所示：

下图为电感线圈在射频微波中的等效电路图：

其中ft为谐振频率，一般为
损耗：根据电磁场理论，频率越高，电磁波在传输过程中损耗大，同样，高频信号也是，频率越高，上升时间越短，在传输线上损耗越大。因此，我们为了避免损耗导致出现的失真现象(眼图缩小)我们可以在发送端增强高频信号，或者在接收端减小低频信号。发送端使用预加重、去加重和接收端使用均衡器来避免因损耗导致的信号失真问题。均衡器实际上是一个高通滤波器，下图是一个简单的高通滤波器，即均衡器
2、多线网间串扰
串扰是两条或多条互连线之间产生的干扰。从“场”的角度来说，一根互连线上高速变化的信号会在其周围空间感生出变化的磁场，由于变化磁场会产生感应电流，其他信号线会受到感应电流的影响，进而影响原信号的工作。从“路”的角度来说，可以把互连线之间的分布参数提取出来，把互连线之间的自感、互感、耦合电容考虑到电路分析当中，进而分析传到输出端的信号质量。
串扰主要分为近端串扰和远端串扰，这和信号的传播机理是紧密相关的。近端串扰持续时间较长，干扰的幅度不高；而远端串扰持续时间短，干扰峰值很高。信号的上升沿越短、互连线的长度越长，信号的串扰就会越严重。
串扰消除思路：1、不要和“陌生邻居”一起走太近、走太长路
2、微带线上加敷涂层材料
3、条件严酷时布成带状线
4、采用宽返回平面比任何其他结构的串扰都要小

3、PI电源完整性（塌陷/压沉/噪声）
其中轨道塌陷一般为地弹/电源弹，也称同步开关噪声SSN（Synchronous Switch Noise）它是什么原因产生的呢？导体导体之间会有自感和互感，当然电源地平面也不例外。根据电感的电流电压公式 [ U=L*dI/dt ] ，电源的输出电流在发生变化时，将在电源地回路上感应出一个电压，造成实际供给电路的电压发生波动。
因此要减小电源地塌陷噪声，从公式可知，可以减小接地线的自感或者增加互感。如何减小自感呢，可以尽量让接地导线尽量短，添加去耦电容，在高频时采用多点接地（多点接地即电感并联，根据电感并联公式，可知电感并联，总电感大大减小）。
4、EMI电磁完整性（场-路干扰/抗干扰）
在高频信号下，电路中的连接线、引脚都可以作为天线向外辐射电磁波，这些天线也可以接收来自其他电路的电磁波。

EMI牵涉三个环节：干扰源头、易敏感接收端、双向传播路径(末端则属天线效应)。
EMI重在源头/收端及路径分析。包括抑制反射、抑制串扰、抑制共模电流、改进互连设计。电缆、导线或封装引脚都有不同程度的天线特性，PCB、IC的走线和电缆都能作为发射源。
对于干扰源头，可以在电源端添加旁路电容，滤除高频电流。对于易敏感接收端，可以在负载端添加去耦电容，将高频电流导入地。在产品的连接电缆上套装铁氧体可以抑制电缆的辐射或磁珠吸收电缆的辐射。

5、TI时序完整性（信号及时钟的时序抖动）
在眼图中，噪声影响眼高；抖动影响眼宽。
时域中的抖动就是频域中的相位噪声。
在高速I/O系统中，由芯片/封装与PCB引起的抖动不再孤立，要对芯片/封装与PCB互连同时进行优化设计。
观察下信号线上的眼图，可知，抖动，增加了眼宽，噪声降低了眼膏，导致误码率的升高。