當信號被傳輸時，由于阻抗和其他影響，接收到的信號總是失真的。這就是為什么設計者致力于最小化對信號質量的影響。

設計者試圖通過限制電子噪聲、電感耦合、電容和線電阻改變信號形狀和振幅的程度來實現信號的完整性。隨著信號頻率的增加，這些效應被放大，需要特別注意控制它們在電子電路中的不良影響。許多印刷電路板現在以10千兆赫或更高的數字信號頻率工作，這意味著需要采取適當的措施來防止不可接受的信號退化及其相應的錯誤。

什么是PCB中的信號完整性？

信號完整性（SI）表示信號沿PCB線路傳播而不失真的能力。信號完整性是指通過傳輸線的信號質量。當信號從驅動器傳輸到接收器時，它給出了信號衰減量的測量值。這個問題在較低的頻率下不是主要的問題，但是當PCB以更高的速度和高頻（>50MHz）工作時，這是一個需要考慮的重要因素。在高頻區，數字和模擬信號都需要考慮。

當一個信號從驅動器傳播到接收器時，它不會保持不變，不管最初發送的是什么，都會受到不同程度的失真。這種信號失真是由阻抗失配、反射、振鈴、串擾、抖動和地面反彈等因素造成的。設計者的首要目標應該是最小化這些因素，這樣原始信號就可以以最小的失真到達目的地。此外，還需要特別注意保持信號質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完整性問題，它們的來源，理解它們的重要性，以及我們如何分析和解決這些問題。關于電氣設計，信號完整性應該集中在兩個主要方面：定時和信號質量。

信號是否在規定的時限內到達目的地？

當它到達目的地時，狀況是否良好？

有幾個因素導致信號退化。這些包括信號的特性、系統阻抗、傳播延遲、衰減、串擾、電壓波動和電磁干擾。

為什么保持信號完整性是一個挑戰？

保持信號完整性是指確保系統內可接受的信號質量。

快速的技術進步使得系統開發者很難在接收端保持不失真的信號。帶寬的增加是信號完整性的瓶頸。今天的電子產品需要更快的總線周期時間、增強信號處理時間（以納秒為單位），甚至需要更快的上升時間。

電路板的空間要求也會影響信號的完整性。PCB仍然需要足夠的空間來放置集成電路、連接器和無源元件。這個空間會導致部件之間的距離變大，從而導致延遲。我們都知道距離會降低整個系統的速度。當由上升時間小于4到6納秒的信號驅動時，電路板跡線充當傳輸線。在低頻下，一個跡線的電阻特性發揮作用。另一方面，在高頻下，它開始充當電容器，電感。

什么因素導致信號完整性問題？

信號特性、系統阻抗、傳輸延遲、衰減、串擾、電壓波動和電磁干擾等因素都會導致信號失真，從而導致信號完整性問題。

信號特性：理想情況下，數字信號是方波，但實際上，信號從一種狀態切換到另一種狀態需要一些時間。所以，這就是為什么，總是存在一定程度的信號失真。信號的上升時間決定了可能的最大數據傳輸速率，通常通過評估信號的拐點頻率來測量。電路設計者的目標是實現一個電路在所有頻率到信號拐點頻率的平坦響應。

互連效應：理想的互連只會在信號中引入延遲，但實際上，它也會改變信號的timing和幅度。這種偏差分別稱為抖動和振幅噪聲。

阻抗：信號所看到的阻抗變化會引起反射、響鈴和失真。隨著與數字電路相關的信號頻率的增加，干擾程度加劇。PCB跟蹤分支、線頭、連接器引腳和過孔都會產生阻抗不連續性。

傳播延遲：傳播距離不同或通過不同媒介的信號不會同時到達目的地。這些差異稱為信號偏移，會導致信號采樣誤差，特別是在高時鐘頻率下。

衰減：信號的振幅會因PCB線路的電阻和電路板的介電損耗因子而降低。這種效應在高頻下更為明顯，因為信號往往在高頻下沿跡線表面傳播。衰減會導致緩慢的信號上升時間，并增加數據錯誤的可能性。

串擾：由于電感和電容耦合，快速的電壓和電流轉換會在相鄰的線路上產生電壓。這些電壓尖峰被稱為串擾，可能導致數據錯誤。

反射：反射是由終端和電路板布局問題引起的，其中輸出信號反彈回源并干擾脈沖。

接地彈跳：由于電流過大，電路的接地參考電平從原來的水平偏移。這是由于接地電阻和互連電阻，如連接線和跡線，因此，接地中不同點的接地電壓水平將不同。這被稱為接地反彈，因為接地電壓將隨電流變化。

電源電壓波動：當設備切換時，流動的電流會在電源和接地軌道上產生電壓降。這反過來又會導致每個設備的電源電壓波動，累積的影響會產生噪音并可能導致高誤碼率。

電磁干擾（EMI）：每一次開關操作都會產生一定量的噪聲，并且由于器件在時鐘頻率下進行開關，其強度會被放大。這種噪聲可以被用作天線的跡線輻射。輻射信號的強度與開關頻率成正比，并可能導致不必要的干擾。
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