简述高速PCB板的信号完整性设计
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2022-04-01
17:35:08
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简述高速 PCB 板的信号完整性设计
摘要 随着高速电路系统设计复杂性的提高，高速 PCB 的信号完整性的解决
难度也会加大，这是一个非常复杂的设计过程。在实际应用中，设计初始就应当
要考虑到器件的合理性，若选用高性能和速率的器件，那么在解决信号完整性的
难度就会加大。本文就高速 PCB 信号完整性进行深入分析并提出解决办法，以
供参考。
关键词 信号完整性；PCB；设计
1 高速 PCB 信号完整性的概述
信号完整性（Signal Integrity，简称 SI）是指电路系统中信号的质量，即信
号在电路中以正确的时序和电压做出响应的能力。如果电路中信号能够以要求的
时序、持续时间和电压幅度到达接收端的集成电路芯片，则该电路具有较好的信
号完整性。反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。从信号传
输的角度来看，当一个集成电路芯片将时钟或者数据作为信号发送到 PCB 上的
导体或导线上，这些信号应该在要求的时间内以一定电压到达接收端芯片的引
脚，并且持续一定的时间。当信号不满足上述条件时，信号完整性问题就出现了。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是由 PCB 板级设计中多种因素
共同引起的[1]。元器件和 PCB 板的参数、元器件在 PCB 板上的布局、高速信号
的布线等因素，都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不工
作。因此，信號完整性又指在高速产品中由互连线引起的所有问题。主要研究互
连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性
能。从信号完整性的角度来看，实际的信号波形就是设计所需的理想波形和一些
不期望看到的波形的叠加。总之，在高速电路设计中，信号完整性（SI）问题解
决得越早，设计的效率就越高，从而可避免在电路板设计完成之后才增加端接器
件。
2 高速 PCB 信号完整性分析及常用的解决办法
高速信号完整性受损是由于随着信号速度和板级设计复杂度的提高、元器件
的参数及在 PCS 板上的布局、高速信号的布线等多种因素共同作用引起的受损，
主要体现在信号的反射、振铃、地弹、串扰等。由于信号完整性受损不是由某一
单一因素导致的，所以解决办法也应综合考虑。
2.1 反射（reflection）
就是信号在高速传输过程中产生的回波。在传输中信号的一部分电压和电流
会因为阻抗不匹配被反射。信号源的阻抗值相比负载阻抗值的大小不同，产生的
反射电压也不同，源端的阻抗大于负载端时为负，相反则为正。
2.2 振铃（ringing）
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