9招助你打通信号完整性的任督二脉

信号完整性是指信号在传输路径上的质量，传输路径可以是普通的金属线，可以是光学器件，也可以是其他媒质。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是系统设计中多种因素共同引起的。

一般讨论的信号完整性基本上以研究数字电路为基础，研究数字电路的模拟特性。主要包含两个方面：信号的幅度(电压)和信号时序。

与信号完整性噪声问题有关的四类噪声源：

1、单一网络的信号质量

2、多网络间的串扰

3、电源与地分配中的轨道塌陷

4、来自整个系统的电磁干扰和辐射

关于如何学好信号完整性，以下是作者总结的9个主要的方面，希望对大家有所帮助。

1. 信号完整性基础知识

把它放在第一点，就足以说明信号完整性基础知识的重要性。所谓“万丈高楼平地起”，说的就是这个道理，想从事信号完整性工作就必须对整个信号完整性的理论基础有一个很明晰的了解。至少要熟读几本信号完整性方面的书籍，了解什么是信号完整性；了解信号完整性研究的对象和内容是什么；信号完整性与哪些因素有关系；信号完整性会影响到产品的哪一个方面；等等。记得看的第一本书就是Eric的《Signal Integrity-Simplified》即国内现在号称的蓝皮书《信号完整性分析》，李玉山老师等作者翻译的，然后接着啃了所谓的墨宝书，由Howard Johnson和Martin合著的《High-Speed digital design-A handbook of Black Magic》，中文版本叫《高速数字设计》，也是出的比较早，电源完整性看了一本《集成电路电源完整性分析与管理》，中间还硬着头皮还啃一本英文原著《High-Speed Digital System Design—A Handbook of Interconnect Theoryand Design Practices》。当然，还有一些大部头和国内的一些原创书籍，也都是非常的不错，只是没有什么看完整。

以上两本书是我经常推荐给身边的从事电路设计和硬件工程师的，信号完整性分析比较简单，入门比较好，目前有第二版本的，书名都改啦，叫《信号完整性与电源完整性分析》把之前缺失的S参数和电源完整性也加上啦，非常不错。《高速数字设计》稍微难一点，但是在下认为也是一本必读的书籍。

2. 电路原理

电路原理部分，应该是很多工程师在大学的时候的必修课。我记得我们当时学的就有康华光老师的《电子技术基础》的模拟和数字部分，以及邱关源老师的《电路》。信号完整性是属于硬件设计的一个部分，但是又不仅仅考虑的是硬件电路的设计，所以说电路原理是高速电路信号完整性中的极其重要的一个部分。电路原理设计包括电路系统、原理框图和电路的设计，这是信号完整性工程师必须具备的基本技能。这也是由系统设计延伸而来的，如何实现系统设计的目标，就是电路原理设计的目的。

3. 熟悉各总线协议

以上图中的Logo应该或多或少的都出现在我们的生活中，那么在作为一个每天都与这些logo的接口或者总线打交道的工程师，又有多少对其有一些了解呢？其实，作为一位信号完整性工程师，总线协议是每一位工程师必须要了解的内容。因为这就是我们工作的指南，不管你做的工作再好，只要不符合总线协议的要求，都是毫无意义的，因为这是信号如何传输的依据，也是判断信号是否满足设计要求的根本。所以说，不懂协议的信号完整性工程师，不是一位好“厨师”。

4. 熟悉PCB layout设计

在高速电路迅速发展的现阶段，原理方案设计已经变得越来越简单。现在的消费类产品，如手机，就是那么几家的解决方案，CPU确定，那么其方案、外围电路已然确定，但是不同的公司设计出来的产品外观和质量都是不同的，即使是同一家公司设计出来的产品也是不同的，外观是有ID和ME所确定，性能的不一样就是PCB设计的不一样。一个产品的PCB设计不仅仅要连通各个模块，还需要使性能最优、满足各兼容性测试、符合生产工艺等等。

5. 熟悉PCB材料        

PCB是产品中最大的一颗元器件，那么制造这个元器件的原料就变得越来越重要，特别是对于高速电路来讲。信号完整性是否满足设计要求，一部分原因就是由PCB材料决定的。目前，PCB材料有成千上万种，从中选择符合产品设计的材料，是越来越多信号完整性工程师需要完成的一项工作。

6. 熟悉评估各种高速互连器件

信号完整性是一个比较宽泛的概念，这个概念最主要还是体现在整个电路和方案的设计上。那么电路链路中的高速互连器件就是信号完整性的重要组成部分。了解和熟悉高速互连器件，如发送端芯片、接收端芯片、连接器、线缆等等。不仅仅要考虑其性能，更需要考虑成本、工艺参数要求、封装、供应商质量等等。

7. 熟悉至少一种仿真软件

信号完整性的工作之一就是提高产品设计的效率，缩短产品研发的周期，迅速使产品推向市场。那么在产品设计的前期就需要对产品中的关键的信号进行仿真，使研发人员尽可能的了解到产品存在什么样的风险，并使风险降到最低。不管是Hspice，还是Ansys designer/HFSS/SIwave/，或者是Hyperlynx、Sigrity，对于信号完整性工程师来讲至少要熟悉一种仿真软件。这样才能增加你设计的信心。

8. 熟悉测试测量

对于一个产品设计来讲，测试和测量是产品研发阶段必不可少的一个环节。信号完整性工程师必须要熟练使用各种测试测量设备，基本的设备就是实时示波器、采样示波器、网络分析仪、阻抗测速仪、信号源、稳压源、数字万用表等，高阶一点的就是误码分析仪、协议分析仪、频谱分析仪、探针台、温箱等等。如果不会使用设备，就很难找到产品的问题点在哪里，那就无从说起设计一个好的产品。当然，还有一些最基本的，比如烙铁、热风枪的使用。

9. 分析和解决问题的能力

不管是仿真还是测试，对于一个优秀的信号完整性工程师来讲，分析和解决问题才是最重要的。对于现在很多工程师来讲，得到一个测试或者是仿真的波形曲线很简单，复杂的是要能理解波形曲线表示的意义和代表的问题，并最终能解决其。比如，在测试的时候存在一个非单调，那么首先要知道这是一个非单调，然后再分析其是因为测试设备没有校准，引起的，还是由于人为的因素引起的，亦或是测试点的选择不正确，亦或是芯片本身存在的问题，亦或是传输线阻抗匹配的问题等等，找到问题之后才能对症下药。

谨献给那些还徘徊在高速电路门外的童鞋们，希望对各位有所帮助。