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信号完整性背景信号完整性问题引起人们的注意，最早起源于一次奇怪的设计失败现象。
当时，美国硅谷一家著名的影像探测系统制造商早在7 年前就已经成功设计、制造并上市的产品，却在最近从生产线下线的产品中出现了问题，新产品无法正常运行，这是个20MHz 的系统设计，似乎无须考虑高速设计方面的问题，更为让产品设计工程师们困惑的是新产品没有任何设计上的修改，甚至采用的元器件型号也与原始设计的要求一致，唯一的区别是 IC 制造技术的进步，新采购的电子元器件实现了小型化、快速化。
新的器件工艺技术使得新生产的每一个芯片都成为高速器件，也正是这些高速器件应用中的信号完整性问题导致了系统的失败。
随着集成电路(IC)开关速度的提高，信号的上升和下降时间迅速缩减，不管信号频率如何，系统都将成为高速系统并且会出现各种各样的信号完整性问题。
在高速PCB 系统设计方面信号完整性问题主要体现为：工作频率的提高和信号上升/下降时间的缩短，会使系统的时序余量减小甚至出现时序方面的问题；传输线效应导致信号在传输过程中的噪声容限、单调性甚至逻辑错误；信号间的串扰随着信号沿的时间减少而加剧；以及当信号沿的时间接近0.5ns 及以下时，电源系统的稳定性下降和出现电磁干扰问题。
信号完整性含义信号完整性(Signal Integrity)简称SI，指信号从驱动端沿传输线到达接收端后波形的完整程度。
即信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。
如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC，则该电路具有较好的信号完整性。
反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。
从广义上讲，信号完整性问题指的是在高速产品中由互连线引起的所有问题，主要表现为五个方面:（1）延迟。
延迟是指信号在PCB 的导线上以有限的速度传输，从驱动端到接收端存在的传输延时。
信号的延时会对系统的时序产生影响，在高速PCB 设计中，传输延迟主要取决于导线的长度和导线周围介质的介电常数。
芯片设计中的信号完整性与时序优化芯片设计是现代电子技术领域中的重要一环，而其中的信号完整性和时序优化更是至关重要的问题。
在当前高速、大规模集成电路的设计中，信号完整性和时序优化对电路性能和可靠性起着决定性的作用。
本文将从理论和实践两方面探讨芯片设计中信号完整性和时序优化的相关内容。
1. 信号完整性信号完整性是指保证信号在传输过程中不发生失真、干扰或衰减的能力。
在芯片设计中，信号完整性的提高是确保电路正常工作和数据可靠传输的基础。
下面介绍一些常见的信号完整性问题及其解决方法。
1.1 反射反射是信号完整性中常见的问题之一，它指的是信号在传输线上到达终端时，一部分能量反射回发送端，导致信号失真和抖动。
为了解决这个问题，可以使用终端阻抗匹配和终端终止电阻来减少反射的影响。
1.2 串扰串扰是信号完整性中另一个重要问题，它指的是信号在传输过程中受到相邻信号的干扰，导致信号质量下降。
为了减少串扰，可以采取减小信号线之间的距离、增加屏蔽层和引入阻抗匹配等措施。
1.3 信号功率衰减信号功率衰减是指信号在传输过程中的能量损失，导致信号变弱，难以被接收端正确解读。
为了解决信号功率衰减，可以采取合理的功率管理策略，包括增加信号驱动能力和优化传输线的设计等。
2. 时序优化时序优化是芯片设计中的另一个重要方面，它主要涉及到电路中各个时钟边沿之间的时间关系。
时序优化的目标是保证电路的正常工作，并尽可能减少时序违规和噪声干扰。
下面介绍一些常用的时序优化技术。
2.1 时钟树设计时钟树是芯片中时钟信号传输的网络，其设计合理与否对芯片的性能和功耗有着直接的影响。
在时钟树设计中，需要考虑时钟延迟、抖动、功耗等因素，并进行合理的布线和分层设计。
2.2 数据路径分析数据路径是芯片中数据信号传输的路径，而数据路径分析则是对数据路径中的时序关系进行分析和优化。
通过数据路径分析，可以提前发现时序违规和潜在的时序问题，并进行合理的调整和优化。
2.3 前端设计与后端布局芯片设计中的前端设计和后端布局是时序优化的两个关键环节。
信号完整性一、什么是信号完整性?如果你发现，以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了，同样的设计，以前没问题，可是现在却无法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件设计中最核心的问题：信号完整性。
早一天遇到，对你来说是好事。
在过去的低速时代，电平跳变时信号上升时间较长，通常几个ns。
器件间的互连线不至于影响电路的功能，没必要关心信号完整性问题。
但在今天的高速时代，随着IC输出开关速度的提高，很多都在皮秒级，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。
另外，对低功耗追求使得内核电压越来越低，1.2v内核电压已经很常见了。
因此系统能容忍的噪声余量越来越小，这也使得信号完整性问题更加突出。
广义上讲，信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。
主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。
信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。
即使布线拓扑结构没有变化，如果采用了信号上升时间很小的IC芯片，现有设计也将处于临界状态或者停止工作。
下面谈谈几种常见的信号完整性问题。
反射：图1显示了信号反射引起的波形畸变。
看起来就像振铃，拿出你制作的电路板，测一测各种信号，比如时钟输出或是高速数据线输出，看看是不是存在这种波形。
如果有，那么你该对信号完整性问题有个感性的认识了，对，这就是一种信号完整性问题。
很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个小电阻，至于为什么，他们中很多人都说不清楚，他们会说，很多成熟设计上都有，照着做的。
或许你知道，可是确实很多人说不清这个小小电阻的作用，包括很多有了三四年经验的硬件工程师，很惊讶么?可这确实是事实，我碰到过很多。
其实这个小电阻的作用就是为了解决信号反射问题。
而且随着电阻的加大，振铃会消失，但你会发现信号上升沿不再那么陡峭了。
一张图理解时序裕量“上期话题DDR线长匹配与时序（上）”（戳图片，即可查看上期文章回顾）问答建立时间与保持时间与信号位宽（UI）有什么关系，为什么速率越高时序控制越困难？信号位宽（UI）是数字信号里面的一个概念，指的是一位数字信号的脉冲宽度，通常是传输速率的倒数。
对于并行信号来说，信号分为数据和时钟。
为什么会有时钟和数据呢？因为时钟信号边沿就是信号采样的一个参考标准，数据信号是在时钟信号的裁决下被系统识别的，要想理解信号的时序问题必须明白这一点。
说到信号被有效的读取，就不得不说到建立时间和保持时间。
建立时间和保持时间是相对于时钟信号边沿来说的，是一位信号能够被有效读取的必须保证。
我想了解信号时序的网友对下面这幅图一定不陌生。
上图中，紫色波形就是数字信号，它的高电平或者低电平持续的最小时间就是信号的位宽（UI），这个UI与信号频率相关，很显然，信号频率越高，证明在单位时间高低电平跳变是次数越多，信号处于稳定的时间就越短。
其实，建立时间和保持时间是芯片在识别信号时最少需要的时间量。
不同的芯片对建立时间与保持时间的需求不同，然而，要想信号被正常读取，芯片的建立时间加上保持时间肯定要在一个UI 以内。
从上图我们很容易看出他们之间的关系。
如果时钟信号边沿偏离UI中心太远，就会导致建立时间或者保持时间不够。
什么原因会导致时钟边沿偏离UI中心太远呢？其中一个很重要的原因就是时钟信号和数据信号不是同时到达接收端的。
传输路径的不等长使得时钟与信号错位。
说道这里，相信大家都明白了时钟与数据等长的重要性。
信号速率越高，UI越小，而建立时间与保持时间通常是芯片的固定参数，可想而知，留给信号的建立时间与保持时间裕量也就小了。
更高的速率，串扰，码间干扰的影响也就更厉害，所以时序的控制也就越困难。
以上三点回答完全的都是满分。
知道了建立时间与保持时间以及他们与UI之间的关系，我们就可以计算数据与时钟之间的最大延时范围了，这个范围也就是我们的等长匹配范围，文章的下半部分会详细讲到，请大家继续关注。
3.2 信号完整性仿真3.2.1 信号完整性基础高速PCB的信号线必须按照传输线理论去设计，否则就会产生反射、串扰、过冲和下冲等问题而严重影响信号的完整性。
信号完整性是指信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。
如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC，则该电路具有较好的信号完整性。
反之，当信号不能正常响应时，就出现了误触发、阻尼振荡、过冲、欠冲等时钟间歇振荡和数据出错等信号完整性问题。
当频率超过50MHz或信号上升时间Tr小于6倍传输线延时时，系统的设计必然面对互连延迟引起的时序问题以及串扰、传输线效应等信号完整性问题。
以下是印象信号完整性的一些现象。
①反射反射就是信号在传输线上的回波现象。
此时信号功率没有全部传输到负载处，有一部分被反射回来了。
在高速的PCB中导线必须等效为传输线，按照传输线理论，如果源端与负载端具有相同的阻抗，反射就不会发生了。
如果二者阻抗不匹配就会引起反射，负载会将一部分电压反射回源端。
根据负载阻抗和源阻抗的关系大小相同，反射电压可能为正，也可能为负。
如果反射信号很强，叠加在原信号上，很可能改变逻辑状态，导致接受数据错误。
如果在时钟信号上可能引起时钟沿不单调，进而引起误触发。
一般布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输以及电源平面的不连续等因素均会导致此类反射。
；另外常有一个输出多个接收，这时不同的布线策略产生的反射对每个接收端的影响也不相同，所以布线策略也是影响反射的一个不可忽视的因素。
②串扰在所有的信号完整性问题中，串扰现象是非常普遍的。
串扰可能会出现在芯片内部，也可能出现在电路板、连接器、芯片封装以及线缆上。
串扰是指在两个不同的电性能之间的相互作用。
产生串扰被称为Aggressor，而另一个收到串扰的被称为Victim。
通常，一个网络既是入侵者，又是受害者。
振铃和地弹都属于信号完整性问题中单信号线的现象，串扰则是自同一块PVB板上的两条信号线与地平面引起的，故也称为三线系统。
