信号完整性与电源完整性分析总结概论

     作为一个初入坑电子不久得一个菜鸡，需要不断得补充学习充电。闲来无趣，想着写个文章，既总结最近对于信号完整性的学习，又能够供大家指点交流。如有错误，请随时指正。

      看完了Eric Bogatin 的信号完整性雨电源完整性分析，深有感触。这本书的确可以作为不管是入门还是大神都可以参考学习的大作。其中的公式推导很少，大部分都是工程中的描述。当然，本文仅供参考，因为我也没有完全理解透彻。

      闲话不说，下面开始总结，这本书我个人认为写的特别好的就是第一二三章的概述。主要是一些概述性描述，但是确能够给人一种醍醐灌顶的感觉。

                                                                       第一章 概述

关键词：速率、物理设计、机械设计、互联、时序、噪声、EMC

    首先，信号完整性的定义是互联线引起的所有问题，这其中就包括了物理的设计，机械设计。为什么会产生这个情况，当然是由于频率越来越高，由于频率的不同导致信号在电路板中行走是会感受到不一样的阻抗。【说到阻抗我多说一句，如何理解阻抗，阻抗一定是U/I=Z ,这个Z表示阻抗，在任何时候阻抗的定义都应该是满足该公司，而不是R+j(wL-1/wC)的套入。有阻抗不一定就有功耗，阻抗是因为信号的行走遇到的障碍，因为这个障碍导致了电流的变化，但是遇到障碍但不一定就是做功了从而产生功耗。当然功耗这个东西也肯定是有的，只要是交变电磁场，自然会有辐射，有辐射就有功这也是一种障碍，但是如果遇到的电容或者电感，这种具有储能的器件，能量的一部分被储存起来，也是信号遇到的障碍】。卧槽，一不小心扯远了，重回整体。那么所有的SI(single integrity)问题又可以分成三类：时序、噪声、EMC。时序的问题就是由于信号走的路长短不一，导致信号的延时不同，从而出现了时序问题，这个问题不在SI中不是特别关注，有专门的研究。其中SI中最关心的就是噪声问题，噪声分了很多中，包括振铃、反射、近端远端串扰、开关噪声（也叫地弹）、非单调性、电源弹、衰减、容性负载等等。

      但总结起来主要是四类特定噪声源：单一信号完整性（过冲/振铃/下冲/衰减等）、串扰（远端/近端）、轨道塌陷（电源分配的问题，地弹，电源弹，电源噪声等）、EMC（我觉得也可以归结为串扰，只不过是串扰的是其他设备）

     单一网络信号质量：信号质量一定是信号线和返回路径的性质同时决定。信号沿着网络传播是不断的感受道互联引起的瞬时阻抗，如果阻抗变化，信号就会发生反射从而引起其信号质量变差。信号感受的损失阻抗变化——>反射——>振铃、过冲、下冲、噪声——>信号的上升沿下降沿变化——>信号质量变差——>超过噪声门限、过冲或者下冲引起了门误判等。这也就是说阻抗在某个点或者某时刻发生了变化，从而引起了上述问题。后面我们详细总结原因和解决办法。所有问题只有找到了根源，就能够找到解决办法。这本书其实就是告诉了我们SI问题的根源来自于哪里。

     串扰：串扰就是因为两条线太近了导致信号线的能量一部分耦合到了另外一根线上面。其中包括了容性耦合/感性耦合。远端串扰主要是容性耦合引起，近端串扰有容性耦合和感性耦合同时引起。

     轨道塌陷：这个轨道是说电源轨道，是指电源和地之间的电压差达不到工作电压。那么为什么会这样，电源路径和地路径电流发生变化，由于他们之间的阻抗产生了压降，从而是供给芯片的电压自然也就降低了。设计一个低阻抗的点电源网络考虑下面四点：1、相邻电源和地平面尽量靠近；2、加去耦电容；3、封装是多安排短电源和地引脚；4、芯片内部加去耦电容

    EMC ：这个问题主要是由于电源地网络分配问题，要让能量能够顺利的返回地平面，而不是辐射出去。其中我觉得EMC和天线的原理其实很类似，一个是防止发射能量，一个是最大限度的发射能量，因此我觉得天线设计中的一些相反方法可以用来处理EMC问题。比如天线中，发射功率和天线的长短、电流大小、发射频率、外界的环境等。因此我们可以从中得到启发，首先找到发射源，发射路径，从而解决EMC，比如加屏蔽盒改变了整个外界环境从而自然解决EMC，又或者因为地走线的返回路径过细导致功率过大，导致辐射道环境中的能量过大，可通过改变地平面来解决，又或者因为信号线正好等于频率波长的四分之一或者一般，这刚好是最有利于天线发射的线长，可以改变线长。当然这只是一些简单办法，EMC已经有很成熟的解决机制，这里就不再多说了。

      综上所述，其中大部分问题都是由于频率的变化而引起，如果在更进一步说来，其实主要是信号的上升沿和下降沿引起的，上升沿越短，越容易引起SI。解决SI问题的有效办法很大程度是基于对互联线的阻抗理解。其实这里我个人的理解无非就是理解电容和电感。因为高速率，从而信号感受到的就不再是单纯的R纯电阻，还包括了各种电容和电感，比如信号线跟金属平面之间是电容，只要有电流，任何金属都是电感。。。。。。

个人觉得差不多第一章就是这么介绍几个仪器：阻抗分析仪、矢量网络分析仪(VAN:vector network analyzer)、时域反射计（TDR:time domain reflectometer)