news 2026/5/8 16:19:44

【SI】信号完整性学习笔记(一)——先导内容

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张小明

前端开发工程师

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【SI】信号完整性学习笔记(一)——先导内容

一 基础知识(日期:2026/5/6_2026/5/7)

先导内容——术语

1.信号完整性(Signal Integrity,一般简称“SI”)
信号完整性是指信号再信号线上的质量。判断信号完整性是否两高的标准是信号是否在需要的时候(采样窗口)达到所必须的电压电平数值。
2.传输线(Transimission Line)
传输线是一个网络(导线),并且它的电流返回到地。
3.特性阻抗(Characteristic Impedance)
组成信号传输回路的两个导体之间存在分布电感和分布电容,当信号沿该导体传输时,信号的跃变电压(V)与跃变电流(I)之间的比值称为特性阻抗(Z0),即Z0=V/I。
对于单端信号通常设计为50Ω±10%
对于差分信号通常设计为100Ω±10%
4.反射(Reflection)
即传输线上的回波。如果远端与负载端具有相同的阻抗,反射就不会发生,
5.过冲(Overshoot)与下冲(Undershoot)
过冲是指信号超过了它应该达到的高电平值,可能会导致芯片损坏或触发保护电路(芯片内部的ESD保护二极管再高电压下意外导通从而导致逻辑错误或芯片发热。)
下冲是指信号低于了它应该达到的低电平值,可能会导致逻辑错误、时序抖动或闩锁效应。
6.串扰(Crosstalk)
即两条信号线之间的耦合。信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流,感性耦合引发耦合电压。
7.电路延迟
指信号在器件内传输所需的时间(Tpt)。例如,TTL电平延迟再3~20ns范围。
8.边沿时间
期间输出状态从逻辑低电平跃变到高电平(信号波形的10%→90%)所需要的时间,通常表示为上升沿Tr。
器件输出状态从逻辑高电平跃变到低电平(信号波形的90%→10%)所需要的时间,通常表示为下降沿Tf。
9.占空比偏斜
信号传输过程中,从低电平到高电平的转换时间与从高电平到低电平的转换时间之间的差别称为占空比偏斜。TTL和CMOS信号的占空比偏斜问题较为突出,主要是因为其输出的上升沿和下降沿延迟不同。
10.输出到输出偏斜
同一器件不同输出引脚之间的信号延迟差别,称为输出到输出偏斜。
11.器件到器件偏斜
由于制造工艺和使用环境的变化,造成的不同器件对应引脚之间的信号延迟差别,称为器件到器件偏斜,通常器件之间的偏斜大于其他类型的偏斜。
12.动态偏斜
主要是指由于温度变化、地或电源噪声造成的阈值电平随时间漂移,从而产生信号延迟的变化。
13.波形失真(Distortion)
又称畸变, 指信号在传输过程中与原有信号或标准相比所发生的偏差。在理想的放大器中,输出波形除放大外,应与输入波形完全相同,但实际上,不能做到输出与输入的波形完全一样,这种现象叫失真。(一句话概括就是:接收端看到的信号不是发送端发出的理性信号)
14.眼图
将连续比特位的波形叠加形成的“眼睛”状图形。用于直观评估信号质量,睁开的“眼睛”越大、越清晰,信号质量越好。
15.码间干扰
前面比特位的残余能量干扰当前比特位的判决。主要由传输通道的损耗和色散导致,表现为眼图的“眼皮”变厚。
16.时序抖动
信号跳变沿偏离其理想时刻的位置。是造成系统时序余量减少、误码率升高的核心原因。
17.地弹
大量输出同时开关时,流过地回路的瞬态电流在封装电感和地平面阻抗上产生的压降。本质上是电源完整性(PI)问题,但会直接造成输出信号电平抖动。
18.阻抗不连续
传输线上特性阻抗发生突变的位置(如过孔、焊盘、接插件)。反射的根本原因,会引起信号失真和振铃。
19.振铃
反射信号在驱动端和接收端之间来回反弹,导致波形出现衰减的振荡。可能误触发逻辑,严重时损坏器件。
20.趋肤效应
高频信号电流趋向于在导体表面流动的现象。高频时导线电阻显著增加,是造成高频能量衰减的主要原因之一。
21.S参数
基于入射、反射和传输波的关系描述网络电气行为的参数。常用于描述通道的频率特性,如插入损耗(S21)和回波损耗(S11)。
22.误码率
接收到的错误比特数与总传输比特数的比率。衡量数字系统可靠性的最终指标,高速串行链路的核心指标。
23.前向/后向串扰
串扰的两种模式。前向串扰(远端)与耦合长度成正比但脉宽很窄,后向串扰(近端)幅度基本恒定但持续时间长。
24.损耗
信号在传输过程中能量减少的现象,主要包括介质损耗(随频率升高显著增加)和导体损耗。
25.预加重/去加重
在发送端有意提升信号高频分量的幅度(预加重),或减小低频分量的幅度(去加重)。用于补偿通道损耗对高频成分的衰减。
26.均衡
接收端通过滤波器对信号进行处理,以补偿通道损耗造成的码间干扰。常见类型包括CTLE(连续时间线性均衡)、FFE(前馈均衡)和DFE(判决反馈均衡)。
27.时间间隔误差
信号的实际跳变沿相对于理想参考时钟的时间偏差序列。是分析时钟恢复和总体抖动的原始数据。
28.码型相关抖动
抖动随发送的数据码型不同而发生变化的成分。通常由传输通道的带宽有限导致,是数据速率较高时的典型问题。
29.相位噪声
短时间内的频率不稳定现象,在频域中表现为载波周围的噪声频谱。可视为抖动在频域的对应表现。
30.功率完整性
研究如何为有源器件提供稳定、干净的电源和低阻抗的返回路径。直接决定了信号能有多干净。
31.同步开关噪声
多个输出同时开关引起的噪声,是地弹和电源反弹的统称。

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