當(dāng)信號(hào)被傳輸時(shí)，由于阻抗和其他影響，接收到的信號(hào)總是失真的。這就是為什么設(shè)計(jì)者致力于最小化對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。

設(shè)計(jì)者試圖通過(guò)限制電子噪聲、電感耦合、電容和線電阻改變信號(hào)形狀和振幅的程度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的完整性。隨著信號(hào)頻率的增加，這些效應(yīng)被放大，需要特別注意控制它們?cè)陔娮与娐分械牟涣加绊?。許多印刷電路板現(xiàn)在以10千兆赫或更高的數(shù)字信號(hào)頻率工作，這意味著需要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)防止不可接受的信號(hào)退化及其相應(yīng)的錯(cuò)誤。

什么是PCB中的信號(hào)完整性？

信號(hào)完整性（SI）表示信號(hào)沿PCB線路傳播而不失真的能力。信號(hào)完整性是指通過(guò)傳輸線的信號(hào)質(zhì)量。當(dāng)信號(hào)從驅(qū)動(dòng)器傳輸?shù)?a target="_blank">接收器時(shí)，它給出了信號(hào)衰減量的測(cè)量值。這個(gè)問(wèn)題在較低的頻率下不是主要的問(wèn)題，但是當(dāng)PCB以更高的速度和高頻（>50MHz）工作時(shí)，這是一個(gè)需要考慮的重要因素。在高頻區(qū)，數(shù)字和模擬信號(hào)都需要考慮。

當(dāng)一個(gè)信號(hào)從驅(qū)動(dòng)器傳播到接收器時(shí)，它不會(huì)保持不變，不管最初發(fā)送的是什么，都會(huì)受到不同程度的失真。這種信號(hào)失真是由阻抗失配、反射、振鈴、串?dāng)_、抖動(dòng)和地面反彈等因素造成的。設(shè)計(jì)者的首要目標(biāo)應(yīng)該是最小化這些因素，這樣原始信號(hào)就可以以最小的失真到達(dá)目的地。此外，還需要特別注意保持信號(hào)質(zhì)量并控制其在電子電路中的不良影響。

在這里，我們將討論潛在的信號(hào)完整性問(wèn)題，它們的來(lái)源，理解它們的重要性，以及我們?nèi)绾畏治龊徒鉀Q這些問(wèn)題。關(guān)于電氣設(shè)計(jì)，信號(hào)完整性應(yīng)該集中在兩個(gè)主要方面：定時(shí)和信號(hào)質(zhì)量。

信號(hào)是否在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)到達(dá)目的地？

當(dāng)它到達(dá)目的地時(shí)，狀況是否良好？

有幾個(gè)因素導(dǎo)致信號(hào)退化。這些包括信號(hào)的特性、系統(tǒng)阻抗、傳播延遲、衰減、串?dāng)_、電壓波動(dòng)和電磁干擾。

為什么保持信號(hào)完整性是一個(gè)挑戰(zhàn)？

保持信號(hào)完整性是指確保系統(tǒng)內(nèi)可接受的信號(hào)質(zhì)量。

快速的技術(shù)進(jìn)步使得系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者很難在接收端保持不失真的信號(hào)。帶寬的增加是信號(hào)完整性的瓶頸。今天的電子產(chǎn)品需要更快的總線周期時(shí)間、增強(qiáng)信號(hào)處理時(shí)間（以納秒為單位），甚至需要更快的上升時(shí)間。

電路板的空間要求也會(huì)影響信號(hào)的完整性。PCB仍然需要足夠的空間來(lái)放置集成電路、連接器和無(wú)源元件。這個(gè)空間會(huì)導(dǎo)致部件之間的距離變大，從而導(dǎo)致延遲。我們都知道距離會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的速度。當(dāng)由上升時(shí)間小于4到6納秒的信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，電路板跡線充當(dāng)傳輸線。在低頻下，一個(gè)跡線的電阻特性發(fā)揮作用。另一方面，在高頻下，它開(kāi)始充當(dāng)電容器，電感。

什么因素導(dǎo)致信號(hào)完整性問(wèn)題？

信號(hào)特性、系統(tǒng)阻抗、傳輸延遲、衰減、串?dāng)_、電壓波動(dòng)和電磁干擾等因素都會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真，從而導(dǎo)致信號(hào)完整性問(wèn)題。

信號(hào)特性：理想情況下，數(shù)字信號(hào)是方波，但實(shí)際上，信號(hào)從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)需要一些時(shí)間。所以，這就是為什么，總是存在一定程度的信號(hào)失真。信號(hào)的上升時(shí)間決定了可能的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，通常通過(guò)評(píng)估信號(hào)的拐點(diǎn)頻率來(lái)測(cè)量。電路設(shè)計(jì)者的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)電路在所有頻率到信號(hào)拐點(diǎn)頻率的平坦響應(yīng)。

互連效應(yīng)：理想的互連只會(huì)在信號(hào)中引入延遲，但實(shí)際上，它也會(huì)改變信號(hào)的timing和幅度。這種偏差分別稱為抖動(dòng)和振幅噪聲。

阻抗：信號(hào)所看到的阻抗變化會(huì)引起反射、響鈴和失真。隨著與數(shù)字電路相關(guān)的信號(hào)頻率的增加，干擾程度加劇。PCB跟蹤分支、線頭、連接器引腳和過(guò)孔都會(huì)產(chǎn)生阻抗不連續(xù)性。

傳播延遲：傳播距離不同或通過(guò)不同媒介的信號(hào)不會(huì)同時(shí)到達(dá)目的地。這些差異稱為信號(hào)偏移，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)采樣誤差，特別是在高時(shí)鐘頻率下。

衰減：信號(hào)的振幅會(huì)因PCB線路的電阻和電路板的介電損耗因子而降低。這種效應(yīng)在高頻下更為明顯，因?yàn)樾盘?hào)往往在高頻下沿跡線表面?zhèn)鞑ァＫp會(huì)導(dǎo)致緩慢的信號(hào)上升時(shí)間，并增加數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的可能性。

串?dāng)_：由于電感和電容耦合，快速的電壓和電流轉(zhuǎn)換會(huì)在相鄰的線路上產(chǎn)生電壓。這些電壓尖峰被稱為串?dāng)_，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

反射：反射是由終端和電路板布局問(wèn)題引起的，其中輸出信號(hào)反彈回源并干擾脈沖。

接地彈跳：由于電流過(guò)大，電路的接地參考電平從原來(lái)的水平偏移。這是由于接地電阻和互連電阻，如連接線和跡線，因此，接地中不同點(diǎn)的接地電壓水平將不同。這被稱為接地反彈，因?yàn)榻拥仉妷簩㈦S電流變化。

電源電壓波動(dòng)：當(dāng)設(shè)備切換時(shí)，流動(dòng)的電流會(huì)在電源和接地軌道上產(chǎn)生電壓降。這反過(guò)來(lái)又會(huì)導(dǎo)致每個(gè)設(shè)備的電源電壓波動(dòng)，累積的影響會(huì)產(chǎn)生噪音并可能導(dǎo)致高誤碼率。

電磁干擾（EMI）：每一次開(kāi)關(guān)操作都會(huì)產(chǎn)生一定量的噪聲，并且由于器件在時(shí)鐘頻率下進(jìn)行開(kāi)關(guān)，其強(qiáng)度會(huì)被放大。這種噪聲可以被用作天線的跡線輻射。輻射信號(hào)的強(qiáng)度與開(kāi)關(guān)頻率成正比，并可能導(dǎo)致不必要的干擾。
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