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一所要面临的问题二一些有用的常识三电感电容及电阻的基础以及要注意的问题四传输线的问题以及反射等问题五有损线的损耗六差分信号和查分对的问题一所要面临的问题一单一网络的信号完整性二两个或多个网络间的串扰三电源和地分配中的轨道塌陷四来自整个系统中的电磁干扰和辐射一个重要的概念1：带宽的问题（注释2）对任意一个非理想的方波信号而言（电子系统这种波形非常常见，比如系统的时钟），该信号均可认为是由同频率的基波信号和高次谐波叠加而成。
假设一个1GHz 的时钟它是有1G 的基波加3次谐波再加5次谐波再加7次谐波组成的。
那个这个时钟信号的带宽就是7G.如果加到31次谐波了，那么这个信号的带宽就是31G。
随着叠加的谐波数越多叠加后的信号就越接近完美的方波。
换句话说那就是10%到90%上升时间越小。
可见信号的上升时间决定了信号的带宽。
这样确定系统时钟的上升时间就非常重要了。
为什么上升时间会这么重要呢？下面举例说明：大多数电路板而言会采用FR4板材，FR4板并非理想的无耗板材。
损耗的机理有两种第一导体损耗，第二介质损耗。
比损耗更为严重的是损耗对不同频率信号的损耗是不同，因为在物理上这涉及到介质充放电过程的快慢以及带来的损耗。
对一个4英寸（4000mil）的FR4传输线而言，这样的导线对8GHz的信号损耗达到能量的50%或幅值的70%.试想如果用这样的线去传导一个带宽为9G的1GHz的方波会怎样？结果就是组成这个方波的信号中九次谐波分量被严重损耗，而其他谐波分量也将不同成度的损耗。
这就导致方波的上升沿退化，比如原来上升边是50ps变成了1.5ns。
如果传输的信号频率是10MHz影响不大。
如果传输信号是500M，（2ns的周期）这下麻烦就大了去了。
下面引入带宽和上升时间的关系这是一个近似的经验上的估计：对于10%到90%上升时间来讲关系为：BW=0.35/RT(RT为10%到90%上升时间)也有一些资料给的上升时间是20%-80%上升时间。
集成电路设计与信号完整性分析现代科技的快速发展使得集成电路（Integrated Circuit，IC）成为现代电子设备的核心部件。
集成电路设计和信号完整性分析是保证电路性能稳定和可靠性的重要环节。
本文将介绍集成电路设计的基本概念，以及信号完整性分析的方法和意义。
一、集成电路设计简介集成电路设计是指将多个电子器件、电路元件和电子系统集成到单一的芯片上的过程。
集成电路设计的目标是在给定的特定应用场景下，实现电路的功能需求，并具备正常工作所需要的性能要求。
首先，集成电路设计需要进行电路功能的规划和设计。
这包括确定电路所需的输入、输出接口，电源供应的要求，以及各个模块之间的通信和数据交互方式等。
然后，设计人员需要对电路进行逻辑设计和电路元件的选择。
逻辑设计涉及选择合适的逻辑门、存储元件等来实现电路的逻辑功能。
接下来，设计人员需要进行电路的物理设计。
物理设计包括电路的布局和布线。
布局指的是将电子组件和元件放置在芯片上的位置，以最小化电路的面积和功率消耗。
布线是指连接各个元件的导线的布置，以及导线的宽度和厚度等参数的确定。
最后，集成电路设计需要进行电路的验证和测试。
验证是指通过模拟和数字仿真等手段，检验电路是否满足预期的功能需求。
测试是指在实际工作环境中通过各种测试手段，对芯片进行功能和性能的测试。
二、信号完整性分析的方法及意义信号完整性分析是在集成电路设计过程中非常重要的一环。
它主要针对电路中信号传输过程中可能出现的干扰和损耗问题，确保信号能够在电路中正确传递和处理。
首先，信号完整性分析需要通过仿真和建模等手段，对信号的传输过程进行分析。
通过建立数学模型，仿真软件可以帮助分析人员分析信号在传输过程中可能出现的问题，例如信号的时延、功耗、噪声等。
同时，也可以通过模拟实验，验证电路设计的可行性和稳定性。
其次，信号完整性分析需要考虑电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）的因素。
电气工程中的信号完整性分析在当今高度数字化和信息化的时代，电气工程领域的发展日新月异。
从智能手机到超级计算机，从医疗设备到航空航天系统，电子设备在我们的生活中无处不在。
而在这些复杂的电子系统中，信号完整性成为了确保设备性能稳定、可靠运行的关键因素。
信号完整性，简单来说，就是指信号在传输过程中保持其准确性、完整性和及时性的能力。
如果信号在传输过程中出现失真、衰减、反射、串扰等问题，就可能导致系统性能下降、误码率增加、甚至系统故障。
因此，对电气工程中的信号完整性进行深入分析和研究具有极其重要的意义。
首先，让我们来了解一下信号完整性问题产生的原因。
信号在传输线上传播时，会遇到各种阻抗不匹配的情况。
比如，当信号从驱动源输出，经过传输线到达负载时，如果驱动源的输出阻抗、传输线的特性阻抗和负载的输入阻抗不匹配，就会引起信号的反射。
反射的信号会与原信号叠加，导致信号波形失真。
此外，相邻传输线之间的电磁耦合会产生串扰，使得相邻信号之间相互干扰。
同时，传输线的损耗会导致信号的衰减，从而影响信号的强度和质量。
为了分析信号完整性问题，我们需要一些重要的工具和技术。
时域反射计（TDR）就是其中之一。
TDR 可以通过向传输线发送一个快速上升的脉冲，并测量反射回来的脉冲，来确定传输线中的阻抗不连续点和故障位置。
另一个常用的工具是示波器，它可以直观地显示信号的波形，帮助我们观察信号的失真、噪声等问题。
此外，还有一些仿真软件，如ADS、HFSS 等，可以在设计阶段对电路进行建模和仿真，预测可能出现的信号完整性问题，并提前采取优化措施。
在实际的电气工程应用中，信号完整性问题在高速数字电路中尤为突出。
随着数字信号的频率不断提高，信号的上升时间和下降时间变得越来越短，这对信号传输的要求也越来越高。
例如，在计算机主板上，高速的总线信号需要在严格的时序要求下进行传输，如果出现信号完整性问题，可能会导致数据传输错误，影响计算机的性能。
在通信系统中，高速的射频信号也需要保持良好的完整性，以确保信号的质量和传输距离。
高速数字电路设计中的信号完整性分析在高速数字电路设计中，信号完整性分析是非常重要的一环。
信号完整性分析旨在确保信号在电路中能够准确、稳定地传输，从而避免信号失真或干扰，保证电路的性能和可靠性。
首先，我们需要了解信号完整性分析的基本概念。
信号完整性是指在一个电路中，信号从发送端到接收端能够保持原有的形态和正确的数值。
在高速数字电路设计中，信号往往受到许多因素的影响，如传输线特性、阻抗、反射、串扰等，这些因素都有可能导致信号失真。
因此，对信号完整性的分析和优化至关重要。
在进行信号完整性分析时，我们需要首先考虑传输线的特性。
传输线的特性包括传输速度、阻抗匹配、传输延迟等，这些特性直接影响信号传输的稳定性和速度。
通过对传输线的建模和仿真分析，可以帮助我们了解传输线对信号的影响，从而优化电路设计。
另外，阻抗匹配也是信号完整性分析中的重要内容。
当信号源和负载的阻抗不匹配时，会导致信号的反射和衰减，从而降低信号的质量和稳定性。
因此，在设计电路时，需要确保信号源和负载的阻抗能够有效匹配，以减少信号的失真和干扰。
此外，信号完整性分析还需要考虑信号的传输延迟和时序关系。
在高速数字电路中，信号传输的延迟会对数据的同步和稳定性产生影响。
通过时序分析和延迟优化，可以更好地控制信号的传输速度和有效减少时序误差。
最后，在进行信号完整性分析时，还需要考虑信号的功耗和信噪比。
功耗会影响电路的工作效率和稳定性，信噪比则会影响信号和噪声的比值，从而影响信号的准确性和清晰度。
因此，在设计电路时，需要综合考虑功耗和信噪比等因素，以实现信号的高质量传输。
总的来说，信号完整性分析是保证高速数字电路性能和可靠性的重要步骤。
通过对传输线特性、阻抗匹配、传输延迟、功耗和信噪比等方面的分析和优化，可以更好地保证信号在电路中的准确传输，避免信号失真和干扰，从而提高电路的性能和可靠性。
希望以上内容对您有所帮助。
集成电路设计中的信号完整性集成电路（IC）设计是现代电子工程的核心。
随着技术的进步，集成电路的复杂性不断增加，这给信号完整性（SI）带来了更大的挑战。
信号完整性是指信号在传输过程中保持其完整性和正确性的能力。
在集成电路设计中，信号完整性是一个至关重要的因素，因为它直接影响到系统的性能和可靠性。
信号完整性问题的产生信号完整性问题的产生主要是由于集成电路中的传输线路特性以及电磁干扰。
传输线路的特性会导致信号在传输过程中发生失真，而电磁干扰则会引起信号的噪声。
这些失真和噪声会影响到信号的质量和性能。
传输线路特性集成电路中的传输线路主要包括导线和连接器。
这些传输线路的特性会影响信号的传输。
例如，导线的电阻会导致信号的延迟，而导线的电感会导致信号的衰减。
此外，传输线路的阻抗不匹配也会引起信号的反射和衰减。
电磁干扰电磁干扰是指外部电磁场对信号的影响。
在集成电路中，电磁干扰主要来自于电源线、信号线和其他电子元件。
电磁干扰会引起信号的噪声，从而影响信号的质量和性能。
信号完整性分析的方法为了确保信号完整性，集成电路设计人员需要进行信号完整性分析。
信号完整性分析主要包括时域分析和频域分析两种方法。
时域分析时域分析是一种基于时间的方法，用于分析信号在时间上的行为。
时域分析的主要工具是示波器和信号分析仪。
通过时域分析，设计人员可以观察信号的波形，从而确定信号是否发生了失真或噪声。
频域分析频域分析是一种基于频率的方法，用于分析信号在频率上的行为。
频域分析的主要工具是频谱分析仪。
通过频域分析，设计人员可以确定信号的频率成分，从而确定信号是否受到了电磁干扰。
信号完整性设计原则为了确保信号完整性，集成电路设计人员需要遵循一些基本的设计原则。
最小化导线长度导线长度是影响信号传输延迟和衰减的主要因素。
因此，设计人员应该尽量减少导线的长度，以降低信号传输的延迟和衰减。
匹配阻抗为了减少信号的反射和衰减，设计人员应该确保传输线路的阻抗与信号源和负载的阻抗相匹配。
摘要如果您刚刚接触信号完整性分析，或者需要温习这方面的基础知识，那么本白皮书将是您的最佳选择。
在介绍基础知识之前，本白皮书首先回答一个最基本的问题“我需要了解哪些信息”？在基础知识部分，我们首先学习关键网络的识别和分析。
接着讨论传输线，以及因快速边缘率信号所产生的高频噪声引起的各种问题。
最后，我们将了解阻抗的概念，并在阻抗和信号完整性的背景下展开讨论。
现在，让我们从零开始学习信号完整性基础知识。
在开始任何类型的仿真或分析之前，您必须做好哪些准备工作，了解哪些信息呢？您的设计中可能包含成千上万个网络，需要全部进行仿真吗？恐怕不是—您没有足够的时间完成这项工作，事实上也完全没有必要。
因此，您要做的第一件事是确定您的关注对象—设计中究竟哪些是“关键”网络，如何识别这些“关键”网络？关键网络乍一看，“什么是关键网络”，答案似乎并不复杂。
我听到过各种各样的答案，譬如“时钟网络”、“高频网络”、“所有网络都很关键”、“频率超过100 MHz 的网络”，诸如此类，不胜枚举。
这些回答固然有一定的可取之处，但数字印刷电路板有一项您必须考虑的标志性网络特征，即边缘率和走线长度之间的关系。
些网络可能导致信号完整性 (SI) 或电磁干扰(EMI) 方面的问题时，您需要了解开关信号的速度，以确定是否需要首先关注该网络。
当今的硅工艺已纵深扩展至次微米空间，器件的物理特性决定了信号的边缘率越来越快。
归根到底，这意味着您的设计中可能存在问题的网络数量将远远超出您最初的设想。
因此，我们需要一些标准来识别关键网络。
那么，我们应该在哪里寻找这些信息来判断我们的分析对象呢？数据表提供了最快捷的器件管脚特性参考资料。
您可以在这些文档中找到电压摆幅、转换速率/开关时间、输入阻抗以及其他大量信息。
然后，您需要将这些开关数据与走线长度进行比较，确定是否存在问题。
这听起来有些复杂，甚至可能相当繁琐（如果必须手动完成此工作，的确如此）。
这时，您需要使用工具来提供帮助。
信号完整性分析基础系列之二十四——关于抖动（上）美国力科公司深圳代表处汪进进写在前面的话抖动话题是示波器测量的最高境界，也是最风云变换的一个话题，这是因为抖动是示波器测量的诸多功能中最和“数学”相关的。
玩数学似乎是需要一定境界的。
“力科示波器是怎么测量抖动的?”，“这台示波器抖动测量准不准?”，“时钟抖动和数据抖动测量方法为什么不一样？”，“总体抖动和峰峰值抖动有什么区别? ”，“余辉方法测量抖动不是最方便吗？”，“抖动和眼图，浴盆曲线之间是什么?”，…… 关于抖动的问题层出不穷。
这么多年来，在完成了“关于触发（上）、（下）”和“关于眼图（上）、（下）”，“关于S参数（上）（下）”等三篇拙作后，我一直希望有一篇“关于抖动”的文章问世，但每每下笔又忐忑而止，怕有谬误遗毒。
今天，当我鼓起勇气来写关于抖动的时候，我需要特别说明，这是未定稿，恳请斧正。
抖动和波形余辉的关系有一种比较传统的测量抖动的方法，就是利用余辉来查看信号边沿的变化，然后再用光标测量变化的大小（如图1所示），后来更进了一步，可以利用示波器的“余辉直方图”和相关参数自动测量出余辉的变化范围，这样测量的结果就被称为“抖动”。
这个方法是在示波器还没有“测量统计”功能之前的方法，但在90年代初力科发明了测量统计功能之后，这个方法就逐渐被淘汰了。
图1 传统的抖动测量方法这种传统的方法有下面这些缺点：（1）总会引入触发抖动，因此测量的结果很不准确。
（2）只能测量某种参数的抖动，譬如触发上升沿，测量下降沿的余辉变化，反应了宽度的抖动，触发上升沿，测量相邻的上升沿的余辉变化，反应了周期的抖动。
显然还有很多类型的抖动特别是最重要的TIE抖动无法测量出来。
（3）抖动产生的因果关系的信息也无从得知。
定义抖动的四个维度和抖动相关的名词非常多：时钟抖动，数据抖动; 周期抖动，TIE抖动，相位抖动，cycle-cycle抖动; 峰峰值抖动(pk-pk jitter)，有效值抖动(rms jitter);总体抖动(Tj)，随机抖动(Rj)，固有抖动(Dj);周期性抖动，DCD抖动，ISI抖动，数据相关性抖动; 定时抖动，基于误码率的抖动; 水平线以上的抖动和水平线以下的抖动…… 这些名词反应了定义抖动的不同维度。
回到“什么是抖动”的定义吧。
其实抖动的定义一直没有统一，这可能也是因为需要表达清楚这个概念的维度比较多的原因。
目前引用得比较多的定义是: Jitter is defined as the short-term variations of a digital signal’s significant instants from their ideal positions in time. 就是说抖动是信号在电平转换时，其边沿与理想位置之间的偏移量。
如图2所示，红色的是表示理想信号，实际信号的边沿和红色信号边沿之间的偏差就是抖动。
什么是“理想位置”，“理想位置”是怎么得到的？这是被问到后最不好回答的问题。
图2 抖动的定义我认为描述抖动离不开“四个维度”。
仅仅是说“我想测量抖动”，这是不完整的表达，我建议的一种完整的表达方式是：我想测量100万样本（一定数量样本）下的时钟抖动（或数据抖动）的周期抖动（或TIE抖动，相位抖动，cycle-cycle抖动）的峰峰值抖动和有效值抖动（或Tj,Rj,Dj）。
具体到测量方法上就是先测量被测信号的周期（或TIE，Cycle-cycle period）等参数，然后持续测量出100万个甚至更多样本，将这100万个样本下的的最大值和最小值相减即为峰峰值抖动。
但是10的12次方样本很难直接测量出来，因为需要消耗的时间太长，所以就改用数学模型预测的方法进行推导。
上面表达中涉及到抖动定义的四个维度是:1，测量抖动的样本数/误码率。
2，被测信号的类型。
分为时钟抖动和数据抖动。
3，关注的抖动参数的类型。
主要有周期抖动，TIE抖动，cycle-cycle抖动。
4，抖动测量结果的类型。
主要有峰峰值抖动，有效值抖动，总体抖动（Tj），固有抖动(Dj)，随机抖动(Rj)。
抖动是关于误码率的函数我们下意识里可能会问，被测信号的抖动最坏能有多大？其实，随着观察到的测量样本数的增加，这个问题的答案也就不一样。
没有样本数的限定，这个问题没有一个收敛性的答案。
抖动是关于误码率的函数。
误码率为10e-12（10的-12次方）即表示发送端发送10e+12（10的12次方）个比特位的信号，在接收端出现误码的比特位个数是一个。
测量10e-12误码率下的抖动可以理解为测量10e+12样本下的抖动。
时钟抖动和数据抖动/水平线以上的抖动和水平线以下的抖动当我们在定义抖动具有四个维度时，特别强调被测信号的类型分为时钟抖动和数据抖动，这是否意味着两种抖动的测量方法是完全不一样的呢? 其实，我们可以将时钟信号理解为一种特别的数据。
所有用于数据抖动的测量方法理论上都可以用于测量时钟，只是因为时钟信号非常简单，是规则的010101…码型，因此，对于时钟抖动通常是通过直接测量一定数量的样本（样本数量应该是多少一般也没有统一的定义，甚至在有的时钟芯片手册中也没有说明）的参数结果，统计得出参数变化大小的pk-pk值，即为峰峰值抖动（pk-pk jitter）。
峰峰值抖动随着测量时间的增加，测量结果会变大。
峰峰值抖动的测量结果不具备重复性，因为随机抖动理论上是无限发散的。
有效值抖动（rms jitter）表示参数变化大小的标准偏差值。
我们将这种定量方法直接测量出来的抖动形象地称为“水平线以上的抖动”，因为这种抖动结果是不需要借助数学模型进行推导和预测的。
这种方法的抖动也叫“定时抖动（Timing jitter）”。
时钟抖动关注的信号参数类型主要有周期(period)，TIE(Time Interval Error)和相邻周期间（Cycle-Cycle Period），对于时钟信号的单独研究，通常三种参数的抖动都需要测量。
具体这三种抖动参数的介绍，请参考胡为东的文章《抖动的分类》。
数据抖动关注的是一定误码率下的TIE抖动，现在的串行数据测量领域通常默认的都是10e-12误码率，也就是说需要测量10e+12样本，这需要示波器测量几个小时甚至几天的时间，即使象力科的第四代示波器那么快的数据处理能力也无法“硬”测量出10e+12样本的参数来作为测量结果，因此，就需要根据某种数学模型来根据当前一定数量的样本数测量的结果来“预测”10e+12的样本下的抖动结果，这种基于数学模型预测的方法测量的抖动叫“水平线以下的抖动”。
所谓抖动的风云变幻即在于一直在争论使用什么样的数学模型来预测抖动是最准确的。
很多抖动相关的文章就是在用一连串的数学公式来说明作者发现的一种新模型是更准确的，看得您云里来雾里去的。
认识TIE抖动为什么TIE抖动是作为测量数据抖动Tj的默认参数呢? 我想里引用胡为东文章《串行数据系统抖动基础》中的介绍可以帮助我们理解TIE 的重要性：“通信系统的实质是通过一段介质发送或者接收数据。
发送端TX发出不同编码形式的高速串行数据，经过一段链路传输后到达接收端RX，串行数据在传输过程中会受到各种各样的干扰，引起数据的抖动，串行数据系统工作的目的就是要尽可能的减少这些干扰的影响使得接收端能准确无误的恢复出发送端发送过来的数据。
由于接收端（一般是由D触发器构成）需要使用时钟采样来完成同步接收数据，因此时钟信号和数据信号之间的同步关系是非常重要的，即必须要满足一定的建立时间和保持时间。
因此串行数据时钟系统结构的变化最根本上是为了满足时钟与数据之间的时序关系，以便接收端能正确的接收到信号。
当数据信号的电平发生翻转后，时钟边沿与数据边沿需要一定的建立时间来锁存数据；同时，数据信号的电平需要一定的保持时间让时钟能稳定的锁存数据。
为了让建立时间和保持时间最大化，时钟最好能出现在数据比特位的中央。
但是由于数据或者时钟存在抖动，抖动较大时，无法满足建立时间和保持时间的要求，D触发器可能输出错误的数据，产生误码。
特别是在高速数字电路中，速率的增加导致建立时间和保持时间的余量越来越小，由于抖动产生误码的概率越来越高，所以，时钟和数据的抖动测试非常重要。
研究串行数据系统的抖动主要是研究时钟与串行数据的相对抖动，而不是单纯的指时钟抖动或者数据抖动。
也就是说即使时钟有很大的抖动，但是只要数据也存在同样大的抖动，则两者之间的相对抖动仍旧很小，时钟和数据之间的建立时间和保持时间也仍旧能够得到保证。
”如何将时钟和数据之间的关系联系起来呢? TIE（Time Interval Error）！TIE为作为抖动中最重要的一个参数，我们需要对它有深刻认识。
TIE定义为被测信号边沿与“参考时钟”边沿之间的时间间隔。
具体计算中是以和参考电平的交叉点的时刻来计算的，如图3所示。
TIE是在信号和参考时钟的每一个边沿都进行测量。
图3 TIE的定义产生“参考时钟”（也就是前面抖动定义中提到的“理想位置”）有几种方法，比较常用的方法是从被测信号中通过软件PLL进行恢复。
有时侯是直接定义一个理想的参考时钟，或者是在外部引入一个硬件时钟作为参考。
PLL的特性是准确测量抖动的关键所在，因为产生的参考时钟的误差将直接影响到TIE的测量结果，并进而影响到最终的抖动测量结果。
关于PLL的具体细节请参考我们信号完整分析基础系列之三《串行数据测试中的CDR》峰峰值抖动和总体抖动峰峰值抖动（pk-pk jitter）是水平线以上的抖动，是直接测量出来的。
总体抖动（Tj）是水平线以下的抖动，是通过数学模型预测出来的。
很多时候当您说要测量Tj时，我就知道您具体要测量什么了，因为这里面有几个维度是业界的默认设置：Tj通常是指测量10的12次方样本下的数据抖动的TIE抖动的峰峰值抖动（pk-pk jitter）。
前面已述,一般都默认了Tj是基于10e-12的误码率的，默认关注的抖动参数是TIE。
抖动和眼图的关系眼图在一定程度上反应了抖动的大小，眼图越“干净”，眼图展开程度越大，说明抖动值越小。
眼图的交叉位置在水平轴的区间越小，抖动越小。
在光模块行业，过去常通过眼图交叉点位置形成的余辉直方图来直接测量抖动，余辉直方图的最左到最右边的大小范围即为峰峰值抖动，如图4所示。
在HDMI测量规范中对抖动的定义中也是采用这种方法。
按前面所述，这是一种水平线以上的抖动。
交叉点的余辉直方图呈现高斯分布，说明抖动的行为主要表现为随机抖动，反之，如果余辉直方图表现为双峰分布，说明有明显的固有抖动。
图4 抖动和眼图的关系。
