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干扰信号完整性的因素有哪些?如何去解决?

何为信号完整性?信号完整性包括哪些?
干扰信号完整性的因素有哪些?如何去解决?

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赖嘉宁

2021-5-6 17:00:06
  何为信号完整性:信号完整性(Signal Integrity,简称SI)是指在信号线上的信号质量。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的,而是板级设计中多种因素共同引起的。当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收端时,该电路就有很好的信号完整性。当信号不能正常响应时,就出现了信号完整性问题。
  
  信号完整性包含:
  1、波形完整性(Waveform integrity)
  2、时序完整性(Timing integrity)
  3、电源完整性(Power integrity)
  信号完整性分析的目的就是用最小的成本,最快的时间使产品达到波形完整性、时序完整性、电源完整性的要求。
  我们知道:电源不稳定、电源的干扰、信号间的串扰、信号传输过程中的反射,这些都会让信号产生畸变,看下面这张图,你就会知道理想的信号,经过:反射、串扰、抖动,最后变成什么鬼。
  
  如果你的示波器测试上这样的信号,你一定会问,为什么会这样,怎么去解决。
  首先我们说一下反射:
  反射--初始波
  当驱动器发射一个信号进入传输线时,信号的幅值取决于电压、缓冲器的内阻和传输线的阻抗。驱动器端看到的初始电压决定于内阻和线阻抗的分压。
  
  反射系数
  ? 其中-1≤ρ≤1
  当ρ=0时无反射发生
  当ρ=1(Z 2 =∞,开路)时发生全正反射
  当ρ=-1(Z 2 =0,短路)时发生全负反射
  
  
  
  初始电压,是源电压Vs(2V)经过Zs(25欧姆)和传输线阻抗(50欧姆)分压。
  Vinitial=1.33V
  后续的反射率按照反射系数公式进行计算
  
  源端的反射率,是根据源端阻抗(25欧姆)和传输线阻抗(50欧姆)根据反射系数公式计算为-0.33;
  终端的反射率,是根据终端阻抗(无穷大)和传输线阻抗(50欧姆)根据反射系数公式计算为1;
  我们按照每次反射的幅度和延时,在最初的脉冲波形上进行叠加就得到了这个波形,这也就是为什么,阻抗不匹配造成信号完整性不好的原因。
  
  由于连接的存在、器件管脚、走线宽度变化、走线拐弯、过孔会使得阻抗不得不变化。所以反射也就不可避免。
  
  电压后者电流有变化,自然就会往外辐射电磁波
  
  串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声。
  串扰是由电磁耦合引起的,耦合分为容性耦合和感性耦合两种。
  容性耦合是由于干扰源(Aggressor)上的电压变化在***扰对象(Victim)上
  引起感应电流从而导致的电磁干扰;
  而感性耦合则是由于干扰源上的电流变化产生的磁场在***扰对象上引起感应电压从而导致的电磁干扰。因此,信号通过一导体时会在相邻的导体上引起两类不同的噪声信号:容性耦合信号和感性耦合信号。
  感性耦合:
  
  图
  容性耦合:
  
  
  那么这些问题如何解决呢?欢迎工程师们回复讨论。
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