一、簡(jiǎn)述
信號(hào)完整性主要研究對(duì)象為電路的傳輸路徑，包括其電氣特性、信號(hào)質(zhì)量以及線間的耦合和輻射。
前些年因?yàn)殡娐钒宓募啥炔桓?，芯片?nèi)集成電路規(guī)模不大，信號(hào)完整性問(wèn)題沒(méi)有得到相應(yīng)重視。但隨著集成度提高、頻率提升，若依舊不重視則會(huì)引起很多問(wèn)題，例如時(shí)序問(wèn)題、信號(hào)反射、串?dāng)_、噪聲等。
當(dāng)時(shí)鐘頻率超過(guò)100MHz或者上升邊小于1ns時(shí)，信號(hào)完整性尤為重要。所有涉及到信號(hào)完整性的都與以下四類問(wèn)題相關(guān)：
二. 主要四類問(wèn)題
1. 單一網(wǎng)絡(luò)信號(hào)完整性。
我們假設(shè)某信號(hào)線獨(dú)立存在，不考慮其他因素干擾。該信號(hào)線上信號(hào)質(zhì)量只取決于信號(hào)線路特性。主要是阻抗突變和帶寬限制。阻抗突變引起的就是反射，而帶寬限制引起的是失真。
1> 阻抗突變
我們經(jīng)常會(huì)看到CLOCK線上會(huì)串電阻，常見的有22ohm、36ohm的。這個(gè)電阻的作用是什么呢？它最主要的目的在于消除信號(hào)反射而做的阻抗匹配，使輸出阻抗+電阻=信號(hào)線特性阻抗。這也是為什么，電阻都是挨近CPU管腳串，而不是在中間或者終端串的原因。
當(dāng)輸出內(nèi)阻小于傳輸線特性阻抗時(shí)，源端就會(huì)出現(xiàn)負(fù)反射，即振鈴現(xiàn)象產(chǎn)生。如下圖：
因此，我們要讓輸入阻抗與傳輸線阻抗做匹配，才能消除振鈴現(xiàn)象。此外，這里提供一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值：
為了避免信號(hào)完整性問(wèn)題，傳輸線長(zhǎng)度（in）≤信號(hào)上升時(shí)間Trise（ns），比如我某信號(hào)從0到1的上升時(shí)間為10ns，那么傳輸線長(zhǎng)度就要小于10inch。
阻抗突變?cè)赑CB上主要的因素有：
a. 換層
b. 線寬驟變
c. 接插件
2> 帶寬限制
傳輸線上有兩種損耗：導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗。這兩種損耗對(duì)于高頻信號(hào)衰減要大于低頻信號(hào)衰減。由于對(duì)高頻的衰減，信號(hào)線的帶寬就降低了，從而增加信號(hào)的上升時(shí)間。
為什么信號(hào)帶寬降低就會(huì)引起上升時(shí)間的增加？
我們知道自然產(chǎn)生的振蕩信號(hào)都是正弦波信號(hào)。方波是在正弦波的高階諧波分量疊加上去而形成的，疊加的高階諧波分量越多，波形越接近方波。如下圖：
因此，當(dāng)信號(hào)中的高頻信號(hào)即高次諧波被衰減掉之后，我們發(fā)現(xiàn)信號(hào)就會(huì)趨向于正弦波，因此上升時(shí)間就會(huì)隨之變長(zhǎng)。
我們?cè)诋嫲宓臅r(shí)候，會(huì)被要求高頻信號(hào)線，如MIPI、USB等，要求走線長(zhǎng)度不能超過(guò)一個(gè)范圍。這就是考慮到傳輸線上的損耗，會(huì)引起上升邊退化，最終導(dǎo)致信號(hào)失真。我們USB測(cè)試常會(huì)測(cè)到眼圖，如果走線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，損耗過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致眼圖測(cè)試fail。
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未完待續(xù)。。。
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