SI小结

常识

铜厚：1oz（盎司）=35um（微米）=1.44mil
线宽：1mil = 0.0254mm = 25.4 um；
1inch = 1000mil = 25.4 mm = 2.54 cm

1、反射
2、临界长度的理解
3、PCB走线宽度变化产生的反射
4、信号的振铃
5、接收端容性负载的反射
6、串扰
7、塌陷

反射：信号在传输线中传播时,如果遇到特性阻抗不连续,就会发生反射.反射可能发生在传输线的末端,拐角,过孔,元件引脚,线宽变化,T型引线等处.总之,无论什么原因引起了传输线的阻抗发生了突变,就会有部分信号沿传输线反射回远端.
ex1:在时钟输出信号上串接一个小电阻,而且随着电阻的增大,振铃会消失,信号的上升沿也会变缓。

信号振铃：根据反射系数的公式,当信号感受到阻抗变小,就会发生负反射,反射的负电压会使信号产生下冲,信号在驱动端和远端负载之间多次反射,其结果就是信号振铃,大多数芯片的输出阻抗都很低,如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗,那么在没有源端端接的情况下,必然产生信号振铃.

    信号振铃的根本原因是负反射引起的,其罪魁祸首仍然是阻抗变化,在研究信号完整性问题时,一定时时注意阻抗问题.
   负载端信号振铃会严重干扰信号的接收,产生逻辑错误,必须减小或消除,因此对于长的传输线必须进行阻抗端接匹配.

PCB走线宽度变化产生的反射
在进行PCB布线时,经常会发生这样的情况,走线通过某一个区域时,由于该区域布线空间有限,不得不使用更细的线条, 通用这一区域后,线条在恢复原来的宽度,走线宽度变化会引起阻抗变化,因此发生反射,对信号产生影响.
那么什么情况下可以忽略这一影响,又在什么情况下我们必须考虑他的影响呢
有三个因素和这一影响有关:阻抗变化的大小,信号上升时间、线宽变化的颈状部分有多长.
例如: 线宽从8mil变到6mil,拉出2cm后变回8mil.那么在2cm长6mil宽线条的两个端点处都会发生反射.一次是阻抗变大,发生正发射,接着阻抗变小,发生负反射.如果两次反射间隔时间足够短,两次反射就有可能相互抵消.从而减小影响.研究及实验表明，只要阻抗变化处的时延小于信号上升时间的20%，反射信号就不会照成问题，如果信号上升时间为1ns，那么阻抗变化出的时延小于0.2ns 即线长小于1.2inch，反射就不会产生问题

临界长度:能把反射信号的干扰控制在可容忍的范围内的走线长度.这一长度的信号往返时间要比信号上升时间小很多.试验中发现的经验数据为,当信号在PCB走线上的时延高于信号上升沿的20%时,信号会产生明显的振铃.

对于上升时间为1ns的方波来说,PCB走线长度为0.2 * 6inch/ns *1ns = 1.2inch时,信号就会有严重的振铃,所以临界长度就是1.2inch,大约为3cm。

对于上升沿为 N ns的高速信号，则临界长度为 N*1.2inch ==N *3 cm == N *1200 mil

有两个因素和临界长度有关:
信号上升时间tr
信号频率
线宽变化的颈状长度.

接收端容性负载的反射
信号的接收端可能是集成芯片的一个引脚，也可能是其他元器件，不论接收端是什么，
实际的器件的输入端必然存在寄生电容；
接收信号的芯片引脚和相邻引脚之间有一点的寄生电容；
和引脚相连的芯片内部的布线也会存在寄生电容；
另外引脚和信号返回路径之间也会存在寄生电容；

  阻抗的变化必然影响信号的反射。在充电的开始一段时间，阻抗很小，小于传输线的特性阻抗，将发生负反射，反射回源端A点的信号将产生下冲。随着电容阻抗的增加，发射逐渐过渡到正反射，A点的信号经过一个下冲会逐渐升高，最终达到开路电压。因此电容负载是源端信号产生局部电压凹陷。精确的波形和传输线的特性阻抗，电容量，信号上升时间有关。

结论性的是：总之接收端电容负载的影响有两点,
1、使源端(驱动端)信号产生局部电压凹陷
2、接收端信号上升时间延长。

串扰
这个从字面上也很容易理解:我们在平常的测试过程中发现,有时对于某根信号线,从功能上来说并没有输出信号,但测量时,会有小幅度的规则波形,就像有信号输出,这是你测量一下与它邻近的信号线,发现二者有很多的相似之处!不错,这就是串扰,一般来说有串扰的信号,其信号线一般都靠的比较近. 针对当今高密度电路板,由于布线空间小,数字信号之间的串扰的表现形式更多的是噪声形式.
串扰大小和电路板上的很多因素有关,并不是仅仅因为两根信号线间的距离. of course,距离最容易控制.也是最常用的解决串扰的方法.

轨道塌陷
轨道塌陷主要描述的是电源分配系统.要知道,噪声不仅存在信号网络中,电源系统中也存在. 电源和地之间电流流经路径上inevitable的存在阻抗,除非是超导体,那么,当电流变化时,线路上inevitable会产生压降,因此,真正送到芯片上的电源管脚上的电压会减小,有时候会减小的很厉害,就像电压突然产生了塌陷.不错,这就是轨道塌陷.

轨道塌陷又分为电源 塌陷和地弹噪声

轨道塌陷会产生致命的问题, 误判断就是其中一个
回流的阻抗,这也是其中一个问题,所以我们要构建更低阻抗电源分配系统

上升/下降时间(Rise/Fall Time):
信号从低电平跳变到高电平所需要的时间，通常是量度上升/下降沿在10%~90%电压幅值之间的持续时间，记为Tr。

截止频率(Knee Frequency):
表征数字电路中集中了大部分能量的频率范围（0.5/Tr），记为Fknee，一般认为超过这个频率的能量对数字信号的传输没有任何影响。

特征阻抗(Characteristic Impedance):
交流信号在传输线上传播中的每一步遇到不变的瞬间阻抗成为特征阻抗，也称为浪涌阻抗，记为Z0。
可以用传输线上输入电压对输入电流的比率值（U/I）来表示。

传输延迟(Propagation delay):
指信号在传输线上的传播延迟，与线长和信号传播速度有关，记为tPD。

微带线(Micro-Strip):
指只有一边存在参考平面的传输线。

带状线(Strip-Line):
指两边都有参考平面的传输线。

反射(Reflection):
指由于阻抗不匹配而造成的信号能量的不完全吸收，反射的程度可用反射系数ρ表示。

过冲/下冲(Over Shoot/Under Shoot):
过冲就是指接收信号的第一个峰值或谷值超过设定电压—
对于上升沿是指第一个峰值超过最高电压；
对于下降沿是指第一个谷值超过最低电压；
而下冲是指第二个谷值或峰值。

振荡:
在一个时钟周期中，反复出现过冲和下冲，就称为振荡。
振荡根据表现形式可分为振铃和环绕振荡。
其中振铃为欠阻尼振荡，而环绕振荡为过阻尼振荡。

匹配(Termination):
指为了消除反射而通过添加电阻或电容元件来达到阻抗一致性的效果。
因为通常在源端或终端采用，所以也称为端接。

串扰:
串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰，
这种干扰是由于传输线之间的互感和互容引起的。

信号回流(Return Current):
指伴随着信号传播的返回电流。

前向串扰(Forward Crosstalk):
指干扰源对被干扰源的接收端产生的第一次干扰，也称为远端干扰。（Far-end Crosstalk）

后向串扰(BackWard Crosstalk):
指干扰源对被干扰源的发送端产生的第一次干扰，也称为近端干扰。（Near-end Crosstalk）

建立时间(Setup Time):
就是接收器件需要数据提前于时钟沿稳定存在于输入端的时间。

保持时间(Hold Time):
为了成功锁存一个信号到接收端，器件必须要求数据信号在被时钟沿触发后继续保持一段时间，
以确保数据被正常操作，这个最小的时间即为保持时间。

飞行时间(Flight Time):
指信号从驱动端传输到接收端，并达到一定的电平之间的延时，与传输延迟和上升时间有关。

Tco:
是指信号在器件内部的所有延迟总和，一般包括逻辑延迟和缓冲延迟。

缓冲延迟(Buffer Delay):
指信号经过缓冲器达到有效的电压输出所需要的时间。

时钟抖动(Jitter):
是指两个时钟周期之间存在的差值，这个误差是在时钟发生器内部产生的，与后期布线无关。

时钟偏移(Skew):
是指由同样的时钟产生的多个子时钟信号之间的延时差异。

假时钟:
指时钟越过阈值（Threshold）无意识地改变了状态（有时在VIL或VIH之间）。通常由于过分的下冲（Undershoot）或串扰（Crosstalk）引起。

同步开关噪声（Simultaneous Switch Noise）:
指当器件处于开关状态，产生瞬间变化的电流（di/dt），在经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起噪声，简称SSN，也称为△i噪声。

临界长度:
传输线末端信号能否达到振铃的最大幅度的传输线长度临界值。传输线长度小于临界长度时，振铃达不到最大幅度。