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信号完整性基础 信号完整性问题 过冲（overshoot/undershoot) 振铃(ringing/ring back) 非单调性(non-monotonic) 码间串扰（ISI） 同步开关噪声（SSN） 噪声余量(noise margin) 串扰(crosstalk) 信号完整性（Signal Integrity ）主要包括以下几方面问题： 1. 过冲（Overshoot/Undershoot) 一般IC对于过冲的高度和宽度的容忍度都有指标。因为过冲会使IC 内部的ESD 防护 二极管导通，通常电流有100mA左右。信号长期的过冲会使IC器件降质，并是电 源噪声和EMI 的来源之一。 2. 振铃（Ringing/Ring Back ） 振铃会使信号的threshold域值模糊，而且容易引起EMI 。 3. 非单调性(Non-monotonic) 电平上升过程中的平台会产生非单调性，这有可能对电路有危害，特别是针对异步 信号如：Reset 、Clock等会有影响。 4. 码间串扰（ISI ） 主要是针对高速串行信号。其产生的本质是前一个波形还没有进入稳态，另外也有 可能是传输线对不同频率衰减不同所造成的。一般通过眼图来观察，方法是输入 一伪随机码，观察输出眼图。 5. 同步开关噪声（SSN） 同步开关噪声会使单根静止的信号线上出现毛刺? V ，另外还会影响输入电平的判 断。 SSN的另一种现象是SSO （同步开关输出），这会使得传输线的特性如阻抗、延时 等特性发生改变。 6. 噪声裕量（Noise Margin ） 控制噪声余量的目的是防止外界干扰，用于克服仿真没有分析到的一些次要因素。 一般对于TTL信号应留有200~300mV 的余量。 7. 串扰（Crosstalk ） 串扰主要有线间串扰、回路串扰、通过平面串扰（常见于数模混合电路）三种形 式。 信号完整性问题（续1） 通常示波器所观察到的数字信号。 信号完整性问题（续2） 图中为各相关的信号完整性参数： • Overshoot、Undershoot指信号的过冲。 • Ringback 指信号的振铃。 • Plateau指信号在上升过程中的平台。 • NMH指逻辑为高信号的噪声余量。 • NM 指逻辑为低信号的噪声余量。 L 信号完整性问题（续3） 该图演示了存在码间干扰（ISI ）时观察到的波形。图中很多地方前一 个高电平还未稳定下来时，后一个低电平又到了，反之亦然。 信号完整性问题（续4 ） 将每一个周期内所有由低到高（如Bit7 ）、全高（如Bit11 ）、由高到 低（如Bit8 ）、全低（如Bit14 ）四种波形重叠起来就形成了所谓的眼 图。 信号完整性问题（续5） 高速串行信号的传输质量主要是通过眼图中眼睛的张开度来衡量。 信号完整性问题（续6 ） 通过眼图测量信号高电平和低电平时的噪声余量，以及信号的建立和 保持时间。 信号完整性问题（续7） 左图演示的是同一根传输线对于不同频率信号产生的反射叠加不同， 会引起码间串扰。 右图演示的是由于码间串扰使得输入端信号判决点的延后，以及信号 由低变高的起始点变为负电平。 信号完整性问题（续8 ） 同步开关噪声使得电源VDD有跌落（Power Droop ），地平面GND有反 弹（Ground Bounce ），最终使得信号的上升下降沿产生了平台，影响 信号阈值的判断，从而会影响时序。 信号完整性问题（续9 ） 该图演示了一个完整的包括电源系统、芯片内部、封装和PCB走线的 模型，包括了IC芯片内部固有的封装电感、I/O管脚的电容等。 高速数字电路的特征 非等势体 上升、下降时间 电长度、关键长度 数字方波的频谱 何谓高速信号呢？高速信号又具有哪些特征？ 1. 非等势